Síntesis de Proteínas: Traducción

Características• síntesis de proteínas mediante la unión de AA

Bioquímico, se caracteriza por:1. gran variedad de proteínas formadas. 2. elevado costo energético (80-90%) 3. regulación necesidades celulares y ritmo de

degradación proteica

Principales macromoléculas que participan:

1. tRNA especial para la iniciación2. 31 tipos de TRNAs portadores de aminoácidos, en forma de aminocil-tRNAs 3. Ribosomas 4. ARNm. 5. Factores proteicos de inicio, elongación y terminación de la síntesis.

El proceso rápido velocidad de traducción es:• Procariotas de20 AA por segundo• eucariotas es de más de 2 a 4 AA por segundo

Sentido de avance de la síntesis proteica

• Dos puntos de vista:1. secuencia nucleotidica del mRNA se lee de 5' a 3'. 2. secuencia aminoacidica del polipeptido se incorpora desde el extremo amino

hacia el Carboxilo

Carácter monocistrónico o policistrónico del mRNA

monocistronicos procariotas y eucariotas, codifican un solo polipéptido.

1. el codón de inicio2. codón de terminación. policistronicos procariotas y virus, codifican

varios polipéptidos 1. varios codones de inicio2. varios codones de terminación

Cistron(unidad de funcionalidad genética)es que un mRNA puede dar lugar a la sintesis de un polipéptido o de varios

Fases de la Traducción

1. una previa o de activación de aminoácidos2. Iniciación3. Elongación4. Terminación.5. La maduración postraduccional

FASE PREVIA:

• ACTIVACIÓN DE LOS AA EN FORMA DE AMINOACIL-tRNAs• La unión tRNA del AA es

posiblemente el paso más critico de la expresión génica. • ocurre en el citosol celular.

Reacciones de aminoacilación

• La unión del AA con el tRNA dos reacciones catolizadas por la enzima aminoacil-tRNA sintetasas.• El producto final es un

aminoacil-tRNA. con un enlace ester entre el grupo OH 3' terminal del tRNA y el grupo carboxilo del aminoácido

dos enlaces fosfato de alta energía forma enlace éster entre AA y tRNA

Aminoacil-tRNA sintetasas

• Se han aislado gran cantidad de sintetasas de bacterias, plantas y animales, masa 88 y 181 Kda. • catalizan de forma similar la reacción de activación del AA con AMP • presentan diferencias en la segunda reacción. la de unión al tRNA, unas unen el aminoácido al grupo

hidroxilo 2' y otras al 3' siempre del último nucleotido del tRNA.

• Cada aminoacil-tRNA sintetasa reconoce un único AA y también todos los tRNAs cuyos anticodones codifican ese mismo AA• Existen en la célula 20 aaRSs distintas.• El papel de las sintetasas es esencial para la síntesis proteica y

constituye la esencia del código genético, el problema central de la traducción ya que se considera como un segundo código genético.

Mecanismo de reconocimiento de los aminoácidos por las sintetasas

• Cada aminoácido encaja en un determinado lugar del centro activo de la sintetasa, gracias a interacciones por :

1. puentes de hidrógeno.2. Electrostáticas3. hidrofóbicas

Mecanismo de reconocimiento de los tRNAs por las sintetasas

• La capacidad de una sintetasa para reconocer varios tRNAs y al mismo tiempo rechazar otros depende del modo como éstos interaccionan con el centro activo de la aaRS. Este reconocimiento es complejo y diferente para cada pareja tRNA-sintetasa• Depende de la estructura de la sintetasa

Corrección de los errores cometidos por las sintetasas

• La elevada especificidad de las sintetasas hace que los errores sean infrecuentes.• Se reduce aun mas la tasa de error por el mecanismos de corrección que

se encuentra en el centro activo de la sintetasa• la tasa de error de la síntesis proteica es mucho mayor que la replicación

Ejemplo del filtro #1

• La enzima isoleucil- tRNA sintetasa(IleRS) no distingue bien entre Ile y Val por tener un grupo metileno• interaccion mas favorable del centro activo con Ile.(energia de fijacion

superior en 3 kcal/mol a la de Val.

Ejemplo del filtro #2

• si se ha llegado a formar erróneamente VaI-AMP-E en el sitio activo de IleRS, se percibe el error y se hidroliza el anhídrido entre Val y AMP, se une Ile.

Ejemplo del filtro n.° 3.

• La enzima sintetasa (VaIRS) sirve para demostrar la capacidad de corregir errores entre dos AA cuyo tamaño es casi idéntico ejm Val y Thr. • VaIRS rechaza a Thr por dos mecanismos:1. El centro activo de transferencia es hidrófobo e interacciona de

manera más favorable con Val2. el centro activo de hidrólisis es hidrófilo e interacciona mejor con

Thr,. Como resultado, la Thr unida por error se hidrolizará , mientras que Val unida correctamente a tRNAval se conserva.

FASE 1: INICIACIÓN

• determina la velocidad global de la síntesis.• forma semejante en procariotas y eucariotas

Intervención de complejos(binarios o ternarios) formados por las 3 moléculas principales:1. tRNAs 2. Ribosomas3. mRNAs-factores proteicos. coenzimas. iones, etc.

Especificidad del punto de inicio• Codón de inicio AUG necesita ser reconocido por el ribosoma y el

tRNAmet iniciador• procariotas cada cistrón de un mRNA posee una secuencia Shine-

Dalgamo que interacciona con la subunidad pequeña del ribosoma.• eucariotas el mRNA es casi siempre monocistronico por lo que tiene

un solo codón de inicio . la especificidad se establece a través de un tRNA especial iniciador.• La unión de éste al mRNA requiere que el codón AUG forme parte de

la secuencia de Kozak y da lugar a un complejo 'ternario: mRNA, ribosoma, tRNAmet.

Formación del metionil tRNA Iniciador

• los codones AUG en los que se inicia la traducción son reconocidos por un tRNA iniciador. llamado tRNAimet .• Procariotas hay aminoacilación y formilación, para incorporar N-

formil-metionina (fMet) al inicio de la traducción. • Eucariotas no hay participación de formilmetiona, sólo se requiere la

aminoacilación para incorporar metionina al inicio de la síntesis.

• factores proteicos de iniciación. elongación o terminación.• Los factores de iniciación se nombran con la raiz IF en procariotas y

eIF en eucariotas

La traducción ocurre en 9 pasos sucesivos:

Disociación del ribosoma

El ribosoma debe disociarse en sus dos subunidades para permitir, en las etapas siguientes. La unión de tRNA y mRNA y el inicio de la síntesis.

Paso 1

Paso 2:Unión a la subunidad menor del ribosoma:

1. Se incorporan a la subunidad menor el aminoacil-tRNA y el mRNA2. Se forma un complejo binario de preiniciación y después uno

ternario 40S3. En esta union y el posterior desplazamiento interviene los factores

elf-4a y el elf-4b y se produce la hidrolisis del ATP.4. La subunidad menor y los factores se desplaza hasta encontrar un

codon AUG. debe estar incluido en una secuencia de Kozak.5. El metionil-tRNAi Met se incorpora después de formar un complejo

con el factor de iniciación elF-2 y GTP.

Paso 3:Unión de la subunidad mayor: complejo de iniciación

• Para que pueda iniciar la síntesis de un polipeptido el complejo de preiniciación 40S debe unirse con la subunidad mayor del ribosoma 60S.• Se disocian todo los factores y queda un complejo ternario de

iniciación 40S libre de factores proteicos, se reasocia con la subunidad mayor del ribosoma formando el complejo ternario de iniciación 80S.• Con la asociación de las dos subunidades del ribosoma, y la presencia

del tRNA y el mRNA correctamente ubicados, este complejo queda dispuesto para la elongación.

Reutilización de los factores de iniciación

• Los factores Ilf se recuperan de los procesos anteriores y pueden volver a participar en el inicio de una nueva cadena polipeptídica a excepción del factor elf-2 que comenzó en su forma GTP y ha terminado como GDP• La regeneración del GTP se hace por un intercambio de nucleótidos

mediados por el factor elf-2B(factor intercambiador de nucleótidos de guanina)

FASE 2: ELONGACION

• Es un proceso cíclico que consiste en la adición del segundo AA hasta el último AA. • Cada ciclo consta de 3 pasos. 1. ubicación del nuevo aa-tRNA en el sitio A del ribosoma2. formación del enlace peptídico 3. Translocación del peptidil-tRNA al sitio P.• Intervienen tres factores proteicos citoplasmáticos:• eEF-1a , eEF-1BG y eEF-2

Ubicación del aminoacil-tRNA en el sitio A (paso 4)• Tras incorporarse el Met- tRNA al sitio P del ribosoma en el complejo

de iniciación 80S queda ún vacio el sitio A.• Se produce la incorporación de cada nuevo AA por apareamiento

del anticodón de su AA-tRNA con el codón del mRNA• La entrada de todos los sucesivos aa- tRNA en el sitio A requiere que

estén unidos al factor de elongación eEF-1ª que se une al GTP.• La forma GDP de eEF-1a no posee afinidad por el ribosoma

liberándose y quedando así el AA-tRNA unido al sitio A dispuesto para las etapas siguientes.• De forma análoga a lo que ocurre con el factor de iniciación elF-2 se

regenera la forma eEF-1a: GTP por intercambio de nucleótidos mediado por un nuevo factor. de elongación eEF-1BG.• se produce el cuarto gasto energético

Transpeptidación: (paso 5)

• Una vez situadas las moléculas de AA-tRNA y Met-tRNA en los sitios A y P del ribosoma se forma el enlace peptídico entre ambos.• Esta reacción la calataliza la peptidiltransferasa localizada en el rRNA

28S. componente de la subunidad grande 60S.

Translocación:(paso 6)

• El ribosoma completo se desplaza en sentido 5--3' del mRNA cada vez un solo codón gracias al eEF-2(translocasa)• Interacciona principalmente con la

subunidad mayor originando cambios conformacionales en el ribosoma completo.• Al mismo tiempo impide la unión de un

nuevo AA-tRNA en el sitio A, evitando que se pase al siguiente ciclo antes de tiempo.• quinto pasto energético. se obtiene de la

hidrólisis de GTP

Repetición del ciclo de elongación (pasos 4, 5 y 6)

• AI terminar la primera translocación se ha completado el primer ciclo de elongación, llegando a una situación idéntica a la existente al comienzo. sitio A libre y sitio P ocupado por un tRNA. • La diferencia que el Met-tRNA, del sitio P ha sido sustituido por un

dipeptidil-tRNA.• La elongación continúa de forma cíclica hasta que se añade el ultimo AA.

FASE 3: TERMINACIÓN

• Para liberar el polipéptido ya completo de su unión al tRNA en el sitio P y para disociar el ribosoma del mRNA.• Ocurre en respuesta a la presencia en el sitio A de uno de los 3 codones

de terminación (UAA. UAG o UGA en el caso de mRNA codificado por ADN nuclear. y (UAA, UAG, AGA o AGG) en el caso de mRNA codificado por ADN mitocondrial.• En eucariotas interviene un factor proteico de terminación eRF

(Releasing Factor) a diferencia de procariotas donde existen tres (RF1, RF2 y RF3)

Unión del factor de liberación (paso 7)

• No existe ningún tRNA que reconozca los codones de paro por lo que cuando el ribosoma se trasloca sobre uno de ellos no puede progresar la elongación.• En su lugar, el factor eRF se une al ribosoma en el sitio A frente al

codon de terminación.

Hidrólisis del peptidil-tRNA (paso 8)

• La union de eRF al ribosoma altera la actividad peptidiltransferasa.• Como consecuencia se hidroliza el enlace éster del peptidil-tRNA

liberando la cadena polipeptídica.• En esto proceso además se hidroliza una molécula de GTP asociada al

factor eRF y ocurre el sexto gasto energético.

Disociación (paso 9)

• El tRNA no cargado sale del ribosoma.• La forma eRF : GDP ya no posee afinidad por el ribosoma y también se

libera.• Se separan las dos subunidades ribosomicas(en eucariotas, 80S– 40S+

60S). liberando el mRNA.• Todos los componentes quedan asi disponibles para iniciar la síntesis

de una nueva proteína (excepto el eRF, que debe recambiar su GDP por GTP.

INHIBIDORES DE LA TRADUCCIÓN• Diversos compuestos actúan impidiendo la traducción.• El efecto inhibidor puede ejercerse en distintas etapas de la

traducción.

Control de la capacidad y frecuencia de traducción de los mRNAs• Una vez que el mRNA ha alcanzado el citoplasma, el control de su

traducción se ejerce esencialmente en la iniciación.

Ejemplo 1: Control de la síntesis de ferritina por bloqueo del mRNA• Las IRP(proteínas reguladoras del hierro) poseen la capacidad de

unirse al mRNA.• Cuando el hierro es escaso en la célula permite unirse con una

horquilla de RNA con bucle. Se conoce como motivo IRE o elemento de respuesta a hierro.• Existe un motivo IRE en U región 5' no traducida del mRNA de

ferritina al que se unen las IRP impidiendo el inicio de la traducción y reduciendo así la concentración intracelular de ferritina.

Ejemplo 2: Regulación de la síntesis de hemoglobina por fosforilación de un factor de iniciación