Traducción del mRNA y síntesis de polipéptidos

Traducción del mRNA. Síntesis de Polipéptidos

• La traducción del mRNA es el proceso de crear una proteína a partir de la información genética codificada en el mRNA.
• Este proceso implica la síntesis de polipéptidos, que son cadenas de aminoácidos que se pliegan para formar proteínas funcionales.

El Código Genético

• Es la correspondencia entre la secuencia de nucleótidos en un ácido nucleico y la correspondiente secuencia de aminoácidos en una proteína.
• Se requiere un código de tripletes (4^3 = 64) para traducir el código de 4 letras del mRNA al código de 20 letras de las proteínas.
• Un codón es una secuencia de tres nucleótidos que especifica un aminoácido.

Antecedentes Históricos

• La polinucleótido fosforilasa permitió sintetizar RNA mensajeros sintéticos para descifrar el código genético.
• Severo Ochoa y A. Kornberg recibieron el premio Nobel en 1959 por descubrir la reacción catalizada por la polinucleótido fosforilasa.
• En 1961, Marshall Niremberg y Henrich Matthai sintetizaron un RNA artificial (UUUUUU, etc.) y determinaron que UUU codifica para fenilalanina (Phe).
• Har Gobind Khorana descifró el código genético sintetizando moléculas artificiales de RNA, compartiendo el premio Nobel en 1968 con Niremberg y Holley.
• En 1961, Crick y Brenner demostraron que el triplete es el elemento codificante de un aminoácido mediante experimentos de mutación en el gen rIIB del fago T4.
• Robert W. Holley trabajó sobre el RNAt, la molécula que se une al RNAm reconociento el triplete.

Características del Código Genético

• Sin solapamientos: la lectura de un triplete no depende del marco de lectura adyacente
• Sin puntuación interna: la lectura es secuencial, triplete por triplete, sin bases sin leer entre medias.
• El mensaje traducido depende del punto de inicio de la traducción, con cada punto definiendo una pauta de lectura.
• Todos los codones tienen significado: 61 especifican aminoácidos y 3 (UAA, UGA y UAG) son codones de terminación.
• No es ambiguo: cada codón corresponde solo a un aminoácido.
• Es degenerado: la mayoría de los aminoácidos, excepto Trp y Met, están codificados por más de un codón (sinónimos).
• El codón AUG especifica el inicio de la síntesis de proteínas y codifica para la metionina en eucariotas.
• En codones sinónimos, los dos primeros nucleótidos suelen ser suficientes para especificar un aminoácido.
• Universal: con excepciones, UGA codifica para el triptófano en algunos vertebrados.

Características de los tRNA

• Los tRNA están formados por una cadena única de 73 a 93 ribonucleótidos (~ 23 kDa).
• Contienen bases no convencionales y regiones de doble hélice creadas cuando aproximadamente la mitad de los nucleótidos están emparejados.
• En su forma de hoja de trébol, el tRNA tiene un residuo de aminoácido unido covalentemente en la parte superior y un anticodón en la parte inferior.
• El anticodón del tRNA es un segmento trinucleótido que aparea las bases con el codón del mRNA complementario durante la traducción.

Estructura de los tRNA

• El brazo aceptor, también llamado brazo del aminoácido, donde el aminoácido se une covalentemente al tRNA.
• Siempre tiene la secuencia CCA en el extremo 3' y un fosfato en el extremo 5'.
• El brazo anticodón, que contiene la secuencia complementaria a un triplete de mRNA que codifica para un aminoácido.
• También hay brazos con nombres de nucleótidos raros: el brazo TΨC (pseudouracilo) y el brazo D (dihidrouridina).

Hipótesis del Balanceo: Wobble

• Algunas moléculas de tRNA reconocen más de un codón debido al balanceo en el apareamiento de bases.
• Las dos primeras bases del codón se aparean de forma estándar, pero la tercera tiene cierta libertad estérica.
• La disociación es más rápida y la síntesis proteica también, al leer solo dos nucleótidos.
• Crick propuso que el apareamiento de la tercera base del codón no es rígido.
• Funcionamiento: con la lectura de los dos primeros nucleótidos, se identifica el aminoácido codificado, acelerando la síntesis proteica.
• La inosina eleva el número de codones leídos para cada molécula de tRNA.

Aminoacil - tRNA Sintetasas

• Catalizan la adición de aminoácidos a sus tRNA correspondientes.
• El proceso se produce en dos reacciones secuenciales catalizadas por la misma enzima.
• Activación de los aminoácidos: el aminoácido se une al AMP gracias al ATP y forma el aminoacil-AMP liberando pirofosfato.
• Formación del aminoacil-tRNA: el grupo carboxilo del aa se une al grupo 2' o 3' hidroxilo de la ribosa del adenilato en el tRNA.
• Al final se obtiene un aminoácido queda unido a su tRNA apropiado.
• Cada aminoacil-tRNA sintetasa altamente específica para un determinado aminoácido.
• Las sintetasas son las verdaderas intérpretes del código genético: sintetizan el aminoacil tRNA.

Carga del ARNt

• La síntesis consume el equivalente a 1 ATP y la hidrólisis del PP, lo que favorece termodinámicamente la reacción.
• Los lugares de activación son selectivos para los aminoácidos. Cada aminoácido se activa en una zona específica que interactúa con la aminoacil tRNA sintetasa.
• Las aminoacil tRNAs sintetasas tiene un mecanismo de revisión basado en la flexibilidad del brazo del extremo CCA y la presencia del aa en dos lugares del enzima.
• Familias de aminoacil - tRNA sintetasas: Existen dos clases o familias, tipo I y II, que reconocen caras distintas del tRNA.
• Tipo I: monoméricas y acilan el hidroxilo 2' de la adenosina terminal.
• Tipo II: multiméricas y, salvo la Phe tRNA, acilan el 3´OH de la adenosina terminal.
• La interacción codón-anticodón son determinantes en el aminoácido a incorporar a la cadena polipeptídica, incluso al modificar un aa tRNA.

Ribosomas

• Los ribosomas están formados por ARN y proteínas.
• Se precisa de la complejidad del ribosoma para que todos los pasos se realicen con alta fidelidad.
• La complejidad del ribosoma es necesaria para el desempeño de sus funciones.
• El ribosoma se une al mRNA para que sus codones puedan leerse con alta fidelidad.
• Tiene sitios de unión específicos para el tRNA, interviene en las interacciones de los factores proteicos no ribosómicos, cataliza la formación del enlace peptídico y permite la traducción secuencial.
• Lugares de unión de los tRNAs: El mRNA se une a la subunidad pequeña y hay tres sitios de unión: A (aminoacilo), P (peptidilo) y E (salida=exit=).
• Cada tRNA contacta con la subunidad pequeña (30s) y la grande (50S).

Proceso de Traducción en Procariotas

• Las etapas resumidas se basan en: INICIACIÓN, ELONGACIÓN, y TERMINACIÓN
• INICIACIÓN: Un tRNA iniciador (fMet) se ensambla con un mRNA, codón (AUG) y subunidades ribosómicas.
• Requiere FACTORES DE INICIACIÓN que hidrolicen ATP.
• ELONGACIÓN: Los enlaces peptídicos se sintetizan.
• Requiere FACTORES DE ELONGACIÓN que unen el aa-tRNA apropiado al sitio A y translocan el peptidil-tRNA al sitio P.
• TERMINACIÓN: La síntesis de proteínas se termina con FACTORES DE LIBERACIÓN que reconocen los codones de terminación (UAA, UGA y UAG).
• Se requiere la hidrólisis del enlace éster entre el polipéptido y el tRNA.

Iniciación de la Traducción en Procariotas

• COMPLEJO DE INICIACIÓN: Requiere gasto de un GTP, Subunidad 30S + mRNA + tRNAMetf + 3 FACTORES DE INICIACIÓN (IF1, IF2, IF3.
• Recococimiento de la SECUENCIA DE SHINE-DALGARNO (solo PROCARIOTAS): 16S rRNA (3') complementario al mRNA (5').
• Subunidad 50S del ribosoma se une a complejo de iniciación , se forman los sitios del ribosoma A,P,E
• SECUENCIA SHINE-DALGARNO , elemento complementario a las secuencias presente cerca del extremo 3' del rRNA 16S
• LA INICIACIÓN ES DEPENDIENTE DE FACTORES DE INICIACIÓN, EN PROCARIOTAS:
• IF1 e IF3: participan en reconocimiento entre secuencia Shine Dalgarno y subunidad pequeña.
• IF1: bloquea sitio A.
• IF3: bloquea el sitio E y evita que subunidad pequeña se una a la grande.
• IF2: permite la hidrólisis de GTP, este tRNA con la metionina formilada entra directa el sitio P y NO AL A.

Señales de Inicio de la Traducción

• PROCARIOTAS: Secuencia consenso rica en purinas y se sitúa en posición -10, es la secuencia de SHINE-DALGARNO.
• EUCARIOTAS: Las proteínas que se unen a la cola de poli(A) 3' interac-túan con las proteínas de unión al casquete, aumenta la unión del ribosoma al extremo 5' del mRNA
• Unión del ARNm a la subunidad pequeña del ribosoma (30S)
• IF-3 evita unión prematura subunidad grande (50S).
• IF-1 ayuda a estabilizar la subunidad 30S bloqueando el sitio A.
• Unión del ARNt iniciador (fMet-ARNt^i) a la subunidad 30S.
• IF-2 (GTPasa) facilita la entrada del fMet-ARNt^i
• Asociación de la subunidad grande (50S) → Formación del complejo 70S.
• Liberación de los factores de iniciación.
• La hidrólisis de GTP por IF-2 libera los factores, y el ribosoma puede ya empezar la fase de elongación de la traducción.

Elongación de la Traducción en Procariotas

• Partimos del COMPLEJO 70S ensamblado la unión de los 2 tRNA unidos en sitio P-
• Unión del 2º tRNA: Reconocido por enlace H codón-anticodón, con ayuda de GTP y la acción de EF-Ts y EF-Tu.
• Formación Enlace Peptídico: por medio de la peptidil transferasa (centro activo subunidad 50S). cataliza la unión entre el extremo carboxilo del aa en sitio P con el extremo amino del aa en sitio A
• Movimiento de Translocación: movimiento ribosoma respecto a mRNA para que pase a sitio P quedando el sitio A vacío.
• Requiere de GTP y la acción del factor EF-G

Terminación de la Traducción en Procariotas

• Va a tener lugar cuando se reconoce un CODÓN DE TERMINACIÓN (UAG, UAA, UGA).No reconocidos por ningún tRNA
• FACTOR DE LIBERACIÓN O TERMINACIÓN (RF) y un GTP Liberan la proteína sintetizada completamente del ribosoma
• Hay diferentes clases de factores.
• Disociación subunidades que quedan libres en citosol para nuevo ciclo

Importante Resumen Proceso Traducción Completo

• Síntesis de proteinas requiere mucha energía
• Un enlace peptídico requiere:2 ATP (para formar 2 aa-tRNA), 1 GTP (tRNA en sitio A) y otro GTP (translocación).
• En procariotas existe Acoplamiento transcripción y traducción, mensajeros policistrónicos.

Polirribosomas/Polisomas

• La síntesis paralela incrementa notablemente la eficiencia de utilización del mRNA, asociando la molécula a varias subunidades de ribosomas.

Diferencias en la Traducción Entre Eucariotas Y Procariotas

• EUCARIOTAS: 80S Codon único,Metionina,Factores Homólogos, Caperuza 5'

Inhibidores de la Síntesis de Proteínas

• Estreptomicina altera la lectura del código genético bacteriano
• Tetraciclina en bacterias inhibe la acción bloqueando el sitio A del ribosoma

Procesado Postraduccional de las Proteínas

• Procesado proteolítico

Procesamiento por chaperonas en citosol

Modificación Química

• Unión de Carbohidratos
• Unión de Lípidos
• Sencillas

Diferencias de Todo el Proceso de Síntesis Proteica Entre Eucariotas Y Procariotas

• BACTERIAS: El ADN no está enrollado formando nucleosomas, los genes son continuos, la transcripción se realiza en el citosol
• Células eucariotas: El ADN está enrollado formando nucleosomas, a menudo los genes no son continuos sino que presentan intrones intercalados, la transcripción se realiza en el interior del núcleo