Traducción II. Activación de los aminoácidos

y fases de la traducción

Tema 19

¿ Dónde se sintetizan las proteínas ?

ReplicaciónTranscripciónMaduración

Síntesis de proteínas

* La síntesis de proteínas tiene lugar en el citoplasma, en concreto en los ribosomas, bien libres o unidos al RE.

Aspectos generales

* La traducción es un proceso mucho más complejo que la replicación y la transcripción.

* Básicamente se podría definir como el proceso mediante el cual la información contenida en el ADN se ejecuta a través de las proteínas.

* Para ello requiere la participación conjunta y coordinada de más de de cien clases de macromoléculas: ARNm, ARNt, ribosomas y muchas proteínas diferentes.

* Las proteínas son sintetizadas desde el grupo amino hacia el carboxilo por la adición secuencial de aminoácidos al extremo carboxilo de la cadena polipeptídica.

* El ARNm se traduce en sentido 5´-3´.

•Unión del grupo carboxilo del aa al grupo 2´ o 3´ de la ribosa del extremo 3´del ARNt, catalizado por Aminoacil tRNA sintetasa epecíficas.

Activación del aminoácido

Ester de aminoácido o Aminoacil-tRNA

Activación del aminoácido

* Primero se forma un aminoacil-adenilato (Aminoacil-AMP) a partir de un aminoácido y un ATP.

Aminoácido + ATP Aminoacil-adenilato + PPi

Aminoacil-AMP + ARNt

* Transferencia del grupo aminoacilo a la molécula de ARNt.

Aminoacil-ARNt + AMP

Aminoácido + ATP + ARNt + H2O Aminoacil-ARNt + AMP + 2Pi

Aminoacil-ARNt sintetasaEn global

E*

valil-AMP

isoleucil-AMP

tirosil-AMP

triptofanil-AMP

valil-ARNt o ARNtVal

isoleucil-ARNt o ARNtIle

tirosil-ARNt o ARNtTyr

triptofanil-ARNt o ARNtTrp

Aminoacil-ARNt sintetasas

* Existe al menos una aminoacil-ARNt sintetasa para cada aminoácido.

* Se agrupan en dos clases: clase I y clase II.

* Las de clase I . Acilan al grupo –OH 2´.

* Las de clase II . Acilan al grupo –OH 3´.

* Tienen función correctora de sus propios errores si incorporan un aminoácido erróneo.

Valina

Isoleucina

Treonina

Activación errónea

ARNtIle

Promueve la hidrólisis del valil-AMP y evita su incorporación

Centro de activación hidrofóbico ycentro de hidrólisis hidrofílico

La mayoría de las aminoacil-tRNAsintetasas contienen lugares de correción además de lugares de acilación. Ambos están muy próximos

Aminoacil-ARNt sintetasas

¿ Cómo seleccionan estas enzimas a los ARNt correctos para cada aminoácido ?

Reconocen el anticodón(Trp, Met, Val)

Reconocen el tallo aceptor(Cys, Ala)

Reconocen ambos sitios(Gln, Asp)

Recordemos que cada tRNA es diferente

Ribosomas

Procariotas Eucariotas

50 S rRNA 23S y 5S

31 Proteínas

60S rRNA 28S 5S y 5.8S

49 Proteínas

Complejo de proteínas y ARN70 S

< 1mM Mg2+

Complejo de proteínas y ARN80 S

30 S rRNA 16S

21 Proteínas

40S rRNA 18S

33 Proteínas

Los ARNr juegan un papel importante en el proceso de la traducción. No sólo Estructural sino también catalítico

Ribosomas

Unión del ARNm

Unión de los ARNt

Peptidil-transferasa

Centro GTPasa NH2

Síntesis de proteínas

Iniciación Elongación Terminación

Unión del ARNm y del ARNt a la subunidad pequeña seguido de la unión de la subunidad grande

del ribosoma.

Crecimiento de la cadena polipeptídica por la formación de enlaces peptídicos

entre los aminoácidos unidos a los diferentes ARNts

Lectura de un codón de stop

Procariotas

* La unión se realiza a través de la alineación de una secuencia rica en pirimidinas en el extremo 3‘ del ARNr 16S, con una región rica en purinas del extremo 5´del ARNm

Secuencia de Shine-Dalgarno

Iniciación

¿ Cómo se une el ARNm al ribosoma ?

Secuencia de Shine-Dalgarno

Procariotas

* A unos 4 - 9 nucleótidos se localiza el codón de iniciación. Suele ser AUG (Met)y con menor frecuencia GUG (Val)

Metionina

Iniciación

* La síntesis de las proteínas en las bacterias empieza con el aminoácido modificado N-formilmetionina.

Señales de iniciación

Iniciación

* La N-formilmetionina es añadida por un ARNt específico (ARNt iniciador o ARNtf).

Procariotas

* El ARNt iniciador es diferente del que añande metionina en otras posiciones de la proteína.

Iniciación

IF2 reconoce específicamente al formilmetionil-ARNt, el GTP se une a IF2 y facilita su unión al ARNtf.ElARNm y el ARNtiniciador se unen al complejo

Complejo de iniciación 30S

Procariotas

La traducción se inicia con la formación del complejo de iniciación 30S.

IF2 sólo reconoce al tRNA iniciador

Iniciación

La liberación de los factores de iniciación permite que la subunidad 50S se una al complejo formándose

el complejo de iniciación 70S.

La formación del complejo 70S da paso a la fase de elongación.

La correcta interacción codón-anticodón determinará que el siguiente triplete esté correctamente colocado en el sitio A, y por tanto, que el marco de lectura sea

el correcto.

Iniciación

Procariotas¿ Dónde se sitúa el formilmetionil ARNt en el ribosoma ?

APE

En el ribosoma existen tres sitios funcionales.

Salida

Peptidilo

Aminoacilo

EL formilmetionil ARNt ocupa el sitio P

Salida

Peptídico

Aminoacido

Peptidiltransferasa

Tunel

PedúnculoGTPasa

Estructura del Ribosoma

Ciclo de Elongación

EF-Tu.GTPaa-ARNt

H2O Pi

Disociación del aa-ARNt incorrecto

EF-Tu.GDPaa-ARNt

EF-Tu.GDP

aa-ARNt Formación del enlace peptídico

Ciclo de Elongación

milisegundos: permite que si el triplete no es el correcto abandone el sitio A del ribosoma

Elongación

* Formación del enlace peptídico entre los aa del sitio P y el sitio A del ribosoma

peptidil transferasaARNr de 23S

* La energía necesaria para la formación del enlace peptídico proviene del enlace rico en energía de la activación del aa con el ARNt.

Animación

Elongación

* Formado el enlace peptídico se produce la translocación del dipéptido desde el sitio P al sitio A.

* En la translocación interviene el factor de elongación EF-G, y al igual que en el caso del IF2 y del EF-Tu requiere la hidrólisis de GTP.

Animación

Elongación

Elongación

Los ARNm de los procariotas son policistrónicos

Tienen múltiples sitios de iniciación

5´

3´

Una molécula de ARNm es leida por múltiples ribosomas produciendo

múltiples copias de la proteína

Elongación

Terminación

* La finalización de la traducción ocurre cuando llega un codón de stop.

* No existen ARNt con anticodones complementarios para estos tripletes.

* Estos codones son reconocidos por factores de liberación.

* RF1: UAA o UAG

* RF2: UAA o UGA

* La peptidil transferasa es activada por el factor de liberación al unirse al sitio A y esta hidroliza el enlace entre el polipéptido y el ARNt en el lugar P.

UAA, UAG o UGA

Terminación

Terminación

* El ribosoma se libera del polipéptido, del ARNm y del ARNt disociándose en sus dos subunidades 30S y 50S.

* La unión de los factores IF1 e IF3 a la subunidad 30S evita que se una de nuevo a la subunidad 50S. Así se evita la formación de un complejo 70S no apto para la traducción.

Terminación

La traducción en procariotas está acoplada a la transcripción. Por tanto el principal

punto de regulación de la traducción es la transcripción

ARNm

ribosomas

ADN

Traducción en eucariotas

* Básicamente similar pero más compleja. Participan al menos 10 factores de iniciación (eIF).

* Se forma el complejo 80S, puesto que los ribosomas son mayores.

* El ARNr 18S es el homólogo al 16S de procariotas.

* El codón de inicio siempre es AUG y el primer aa es la Met. No está modificado, aunque el ARNt iniciador es diferente al resto.

* No existen secuencias ricas en purinas como la de Shine-Dalgarno se usa el triplea AUG más cercano al cap. 5´.

* La subunidad 40S se une y “explora” desplazandose por el ARNm hasta que encuentra el primer triplete AUG.

Traducción en eucariotas

AUG

CAP-5´

5´-UTR

Traducción en eucariotas

Búsqueda del triplete de iniciación

Iniciación en eucariotas

El rastreo lo realiza el complejo de iniciación 40S

La traducción está regulada por proteinas quinasas que inactivan

al factor de iniciación eIF2

Muchas proteínas eucarióticas experimentan modificaciones pos-traduccionales

* Rotura proteolítica

Modificaciones pos-traduccionales

Hidrólisis de enlaces peptídicos específicos.Mecanismos de activación (paso de pre-proteína a proteína activa). Insulina.

* Glucosilación

Adición de hidratos de carbono que tiene lugar en el RE y el Golgi. ¿ Función ?

* Hidroxilación

Adición de grupos hidroxilos a determinados aminoácidos (Lys y Pro). Necesario para mantener la integridad estructural del colágeno

* Fosforilación

Adición de grupos fosfatos a determinados aminoácidos. Control metabólico, transducción de señales, activación de proteínas...

* Modificaciones lipófilas

Unión covalente de lípidos a las proteínas.Mejora la capacidad de unión a las membranas y/o determinadas interacciones proteína-proteína

* MetilaciónUnión de grupos metilos a determinados aminoácidos (Asp, Lys, His, Arg).Reparación, modificación de funciones.

* Formación de puentes disulfuro

Proteínas de membrana y que se segregan (ambiente oxidante externo).Estabilidad estructural.

Modificaciones pos-traduccionales

Localización de las proteínas

¿ Cómo alcanza su destino una proteína recién sintetizada ?

Citosol

Membrana plasmáticaExterior de la célula

LisosomasMitocondriasCloroplastos

Núcleo

Ribosomas libres en el citosol

Dirigidos al RE

Localización de las proteínas

¿ Qué es lo que dirige a un ribosoma hacia la membrana del RE ?

Localización de las proteínas

* El péptido señal es una secuencia de unos 13 a 36 aminoácidos localizados en el extremo amino de la proteína. Posee un núcleo hidrofóbico.

* El péptido señal no está presente en la proteína madura.

* El péptido señal interacciona con partículas de reconocimiento de señales (SRP).

* La unión de un péptido señal a una proteína citoplasmática provoca la dirección de esta proteína hacia el RE.

Localización de las proteínas

ribonucleoproteína ARN es 7SL RNA

La unión de SRP paraliza la elongación y dirige el

ribosoma hacia el RELa SRP cataliza la colocación de

ribosomas con una secuencia señal en el RE antes de que se inicie el plegamiento de

la proteína naciente

El paso de la proteína creciente hacia el interior del ribosoma se realiza a través del complejo protéico denominado translocón

Elongación

* Se inicia con la entrada del aminoacil-ARNt al sitio A del ribosoma cuyo anticodón sea complementario a la secuencia del codón situado en dicho sitio. Participan factores de elongación.

* El EF-Tu coloca al nuevo aminoacil-ARNt en el sitio A del ribosoma. Este factor se une al aminoacil-ARNt y a GTP.

* Tras la correcta colocación, el GTP se hidroliza y el EF-Tu-GDP se separan del ribosoma.

* El factor de elongación EF-Ts se une al complejo e induce la disociación del GDP, permitiendo que un nuevo GTP se una, reciclando el EF-Tu.

Ciclo de Elongación

* El factor de elongación Tu (EF-Tu) se une al aminoacil-ARNt y protege al enlace aa-ARNt de la hidrólisis.