Dr. Antonio Barbadilla

Transcripción

1 Dr. Antonio Barbadilla 1

2 Dr. Antonio Barbadilla 2

3 PROBLEMA: CÓMO SE DESCODIFICA EL ARNm? Cómo pasar del lenguaje de 4 letras del ADN (o ARNm) a otro de 20 letras (los aminoácidos de las proteínas)?

4 EL CÓDIGO GENÉTICO Es la correspondencia entre la secuencia de nucleótidos de un gen del ADN, a través de su copia en el ARNm, y la secuencia de los aminoácidos de la proteína que dicho gen sintetiza en los ribosomas. Cómo pasar de un lenguaje de 4 letras a otro de 20 letras?

5 DESARROLLO EXPERIMENTAL DE NIRENBERG Y MATTHAEI Preparan 20 tubos con extracto de E. Coli y lo necesario para síntesis de proteínas. Añadieron en cada tubo uno de los 20 aminoácidos marcados radiactivamente. Poli U Añaden a cada tubo ARN igual al sintetizado por Severo Ochoa: poli U Fen *- Fen *- Fen *- Fen *- Fen * En sólo uno de los tubos se obtuvo un polipéptido que era de fenilalanina. Aceptando que el código genético está formado por tripletes, dedujeron que el UUU codificaba para fenilalanina.

6 EL CÓDIGO GENÉTICO

7 Ej. DE CODIFICACIÓN DE UN PÉPTIDO CON 6 AMINOÁCIDOS

8 EL CÓDIGO GENÉTICO (orden alfabético)

9 EL CÓDIGO GENÉTICO

10 EL CÓDIGO GENÉTICO UAA UAG UGA AUG Iniciación Terminación Ej. Qué aminoácido está codificado por el codón GAC?

11 CARACTERÍSTICAS DEL CÓDIGO GENÉTICO UNIVERSAL DEGENERADO (REDUNDANTE) Compartido por todos los organismos conocidos incluso los virus. Ha tenido un solo origen evolutivo. Existen excepciones en las mitocondrias y algunos protozoos. SIN IMPERFECCIÓN (NO AMBIGUO) Cada triplete o codón solo codifica a un aminoácido. A excepción de la metionina y el triptófano, un aminoácido está codificado por más de un codón (son codones sinónimos). Esto es una ventaja ante las mutaciones. CARECE DE SOLAPAMIENTO Los tripletes se disponen de manera lineal y continua, sin espacios entre ellos y sin compartir bases nitrogenadas.

12 EXCEPCIONES A LA UNIVERSALIDAD DEL CÓDIGO GENÉTICO

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15 TRADUCCIÓN. SÍNTESIS DE PROTEÍNAS

16 ELEMENTOS NECESARIOS PARA TRADUCCIÓN Donde se sitúa el LA SÍNTESIS DE PROTEÍNAS necesita RIBOSOMAS AMINOÁCIDOS ARN MENSAJERO ENZIMAS Y ENERGÍA ARN DE TRANSFERENCIA Formados por Tienen tres lugares SUBUNIDAD GRANDE SUBUNIDAD PEQUEÑA Donde se unen los SITIO A SITIO P SITIO E Donde se une el AMINOÁCIDO POLIPÉPTIDO ARNt Por donde se une al Como la AMINOACIL-ARNt -SINTETASA Donde se une el ANTICODÓN EXTREMO 3 Tiene dos zonas

17 Nucleolo Los ribosomas se forman en el nucleolo Núcleo

18 Vemos aquí ribosomas saliendo del núcleo.

19 EL ARNt ES EL INTÉRPRETE ENTRE LOS TRIPLETES Y LOS aa

20 ARN TRANSFERENTE 1 2

21 ARN TRANSFERENTE Transportan los aminoácidos hasta los ribosomas. Los ARNt tienen las sig. características: En el extremo 5 tiene un triplete con G y un ácido fosfórico libre. Sitio de unión al aa Zona de unión al ribosoma En el extremo 3 tiene tres bases (CCA) sin aparear. Por este extremo se une al aminoácido. En el brazo A tiene un triplete de bases llamado anticodón, diferente para cada ARNt en función del aa que transportan. Zona de unión a la enzima que lo une al aa Zona de unión al ARNm

22 Paso previo a la traducción: ACTIVACIÓN DE LOS AMINOÁCIDOS Gracias a la enzima Aminoacil ARNt sintetasa Aminoácido Aminoacil ARNt sintetasa Tiene dos sitios activos muy específicos: uno de ellos reconoce al aminoácido y el otro identifica determinadas secuencias de bases características de cada ARNt.

23 ACTIVACIÓN DE LOS AMINOÁCIDOS

24 ACTIVACIÓN DE LOS AMINOÁCIDOS aa + ATP aa-amp + PPi + + Aminoacil ARNt sintetasa Aminoácido (aa-amp) Ácido aminoaciladenílico + ARNt x La unión se realiza en el extremo 3 del ARNt Existen al menos 20 aminoacil-arntsintetasas, una para cada aminoácido. Son enzimas muy específicas Aminoacil-ARNt x

25 ACTIVACIÓN DE LOS AMINOÁCIDOS Aminoacil-ARNt sintetasa

26 EL BALANCEO DE LA 3ª BASE DEL ANTICODÓN Como no hay una relación directa entre los tripletes del ARNm y los aa, la causa de la degeneración del código genético debe estar en el ARNt. La complementariedad entre el codón del ARNm y el anticodón del ARNt sólo es estricta en las dos primeras bases del anticodón (sentido 3-5 ), mientras que la 3ª base del anticodón (extremo 5 ) puede aparearse defectuosamente con otras bases distintas a la complementaria normal ( balanceo). Este balanceo es la causa de la degeneración del código genético.

27 EL BALANCEO DE LA 3ª BASE DEL ANTICODÓN Debido al balanceo, un mismo ARNt puede unirse con su anticodón a codones diferentes que especifican al mismo aminoácido.

28 EL BALANCEO DE LA 3ª BASE DEL ANTICODÓN También puede haber más de un ARNt con anticodones diferentes que aceptan el mimo aminoácido ( isoaceptores). (ARNm) En la tabla se indican tres ARNt de serina que pueden leer cada uno dos codones diferentes en el ARNm. Estos tres ARN-t son isoaceptores porque aceptan al mismo aminoácido pero están codificados por genes distintos.

29 FASES DE LA TRADUCCIÓN 1 Iniciación de la síntesis 2 Elongación de la cadena peptídica 3 Terminación

30 Etapa 1:

31 1. INICIACIÓN DE LA SÍNTESIS DE LA CADENA PEPTÍDICA. El primer paso (en eucariotas) consiste en la formación del complejo de iniciación 80S, formado por un ribosoma unido por una parte al ARNm y por otra al ARNt iniciador cargado con el aminoácido metionina: ARNt i Met Met ARNt i Met U A C U G A ARNm

32 1. INICIACIÓN DE LA SÍNTESIS DE LA CADENA PEPTÍDICA. Primero ciertos factores de iniciación facilitan que la subunidad menor del ribosoma (40S) reconozca la caperuza de m-gtp (metil guanosina trifosfato) y se una al ARNm en el extremo 5. 40S Después se une el ARNt iniciador cargado con el aminoácido metionina, ARNt i Met, a la subunidad menor del ribosoma (40S), gracias a otros factores de iniciación y la energía del GTP. 60S

33 1. INICIACIÓN DE LA SÍNTESIS DE LA CADENA PEPTÍDICA. 40S La subunidad pequeña del ribosoma rastrea al ARNm (en sentido 5-3 ) hasta encontrar el primer codón de iniciación AUG. Se produce entonces el apareamiento del anticodón UAC del ARNt i Met con el codón de iniciación AUG del ARNm. 60S

34 1. INICIACIÓN DE LA SÍNTESIS DE LA CADENA PEPTÍDICA. 40S Por último, la subunidad mayor del ribosoma (60S) se acopla con la subunidad pequeña (40S), el ARNm y el ARNt i Met, para formar el complejo de iniciación 80S completo y funcional, liberándose los factores de iniciación. 60S

35 SITIOS ACTIVOS DEL RIBOSOMA Centro peptidil (P): Sitio donde se sitúa el primer aminoacil-arnt, y también el polipéptido que se va a ir sintetizando. Centro aminoacil o aceptor (A): Sitio donde se van añadiendo los nuevos aminoácidos. Centro E o de salida: Sitio donde se une el ARNt que acaba de aportar su aminoácido y va a salir del ribosoma.

36 Ribosoma traduciendo un ARNm

37 POLIRRIBOSOMAS O POLISOMAS Si el ARN a traducir es lo suficientemente largo, puede ser leído por más de un ribosoma a la vez, formando un polirribosoma o polisoma. ARNm Proteína en formación Microfotografía electrónica (MET, falso color) de un polirribosoma. Ribosoma

38 Polisomas o polirribosomas

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41 Etapas 2 y 3:

42 TRADUCCIÓN: INICIACIÓN Y ELONGACIÓN E P A Codón iniciador (AUG) ARNm Posición E INICIACIÓN Posición P ARNt i Met Subunidad grande Posición A Aminoacil -ARNt Desplazamiento del ribosoma 5 3 Enlace peptídico El aminoácido se libera del ARNt ELONGACIÓN

43 TRADUCCIÓN: TERMINACIÓN ARNm Codón de terminación (UAA, UGA, UAG) ARNm Separación de las dos subunidades del ribosoma ARNt Porción final de la cadena proteica Factor de liberación A medida que se van sintetizando, las proteínas adquieren la estructura secundaria y terciaria que les corresponde.

44 1. INICIACIÓN (unida al ARNt i Met, reconoce la caperuza, uniéndose al ARNm) Codon de iniciación ARNt i Met (ARNt iniciador)

45 2. ELONGACIÓN. ENTRADA DEL SIGUIENTE ARNt-aa (Gln) ARNt Gln ( peptidil-transferasa)

46 2. ELONGACIÓN. FORMACIÓN DEL ENLACE PEPTÍDICO

47 2. ELONGACIÓN. TRANSLOCACIÓN El ribosoma

48 2. ELONGACIÓN. NUEVO ENLACE PEPTÍDICO

49 2. ELONGACIÓN. NUEVA TRANSLOCACIÓN

50 3. FINALIZACIÓN

51 3. FINALIZACIÓN

52 MADURACIÓN POSTRADUCCIONAL DE LAS PROTEÍNAS Los polipéctidos recién sintetizados no son funcionales, ya que deben adoptar la conformación espacial adecuada que determina su función biológica. Este plegamiento de las cadenas peptídicas es espontáneo. A veces sufren la adición de grupos prostéticos, cortes proteolíticos que acortan el péptido, unión de varias cadenas peptídicas,

53 PLEGAMIENTO POSTRADUCCIONAL. LAS CHAPERONAS El plegamiento de las cadenas suele ser espontáneo, pero otras veces requieren la acción de las chaperonas moleculares, cuya función consiste en facilitar el plegamiento y autoensamblaje de las cadenas peptídicas. Anillo aleatorio Conformación activa Chaperona Las chaperonas tb. contribuyen al tráfico de proteínas, y, en condiciones adversas, actúan como proteínas de choque térmico o anti-estrés, un sistema defensivo y protector que evita la desnaturalización de las proteínas.

54 EXPORTACIÓN Y DESTINO DE LAS PROTEÍNAS La localización de los ribosomas en el citoplasma depende del destino final de la proteínas que esté sintetizando Las proteínas que van a ser exportadas al núcleo, mitocondrias, cloroplastos o peroxisomas se sintetizan en ribosomas libres del citosol. Las proteínas cuyo destino es ser componentes estructurales de las membranas, o bien hormonas o enzimas que van a ser enviadas al exterior de la célula o al interior de los lisosomas, se sintetizan en ribosomas situados en la superficie de las membranas del RER.

55 EXPORTACIÓN Y DESTINO DE LAS PROTEÍNAS La cadena peptídica posee al principio una secuencia o péptido señal (20-30 aa) que marca el destino de la proteína. En su transporte también participan determinadas chaperonas.

56 Tranquilos Aún queda la regulación de la expresión génica.