Traducción de la información genética

Traducción de la información genética

Traducción Proceso altamente conservado en todos los organismos Costo energético muy alto (en bacterias de crecimiento rápido se invierte 80% de la energía) Altamente complejo, intervienen más de 100 proteínas y ARNs

Antecedentes históricos 1908: A Garrod: relación genotipo-proteínas 1941: G. Beadle y E. Tatum: relación directa entre genes y enzimas en rutas bioquímicas de Neurospora crassa.

Crecim. en medio mínimo RX cultivo en medio completo cultivo en medio mínimo Mutantes auxótrofos con una deficiencia nutricional Antecedentes históricos La aparición de la cepa mutante se debe a un cambio en un gen

Antecedentes históricos 1940-1950: Micrografía electrónica de un ribosoma 1950s: los ribosomas son el asiento de la síntesis proteica Polirribosoma - micrografía

Antecedentes históricos 1957: Zamecnik P., Hoagland M. Antes de incorporarse a la proteína, los aminoácidos se unen a unas moléculas adaptadoras Esas moléculas son los ARN de transferencia

Experimentos de Nirenberg y Leder 1964: Nirenberg y Leder: descifrado del código genético. Experimentación con extractos de E. coli libre de ADN Hipótesis del triplete: 1 nucleótido: 4 posibilidades 2 nucleótidos: 4x4=16 posibilidades 3 nucleótidos: 4x4x4=64 posibilidades

Experimentos de Nirenberg y Leder Extractos de E. coli libre de ADN + ARN sintético poli-u + ARNt cargados con uno de los aa marcado + ribosomas unidos a un filtro + +

Experimentos de Nirenberg y Leder + + C C C

Experimentos de Nirenberg y Leder

Código genético - 61 codones correspondientes a un aminoácido; uno de los codones es señal de iniciación: AUG (en bacterias puede ser también GUG o UUG) - 3 codones stop o señales de terminación: UAA, UAG, UGA

Código genético

Marco abierto de lectura ORF= open reading frame: Sucesión de codones contiguos que especifican una proteína. Comienza y termina en sitios internos dentro del ARN mensajero (distintos de los extremos del ARNm)

Marco abierto de lectura Cada ARNm contiene al menos un ORF Eucariotas: 1 ORF Procariotas: 1, 2 o más ORF = ARNm policistrónico

Acoplamiento traduccional En ARNs mensajeros policistrónicos, puede haber solapamiento de los codones de terminación e iniciación: AUG AUGA UGA La traducción del 2do. ORF requiere la previa traducción del 1ro.

Componentes que intervienen en la traducción del ARNm

Componentes que intervienen en la traducción del ARNm

Componentes que intervienen en la traducción del ARNm Aminoacil ARNt sintetasas: familia de enzimas donde cada una reconoce un aa específico y los ARNt isoaceptores correspondientes a ese aa. catalizan la unión covalente del grupo carboxilo del aa al extremo 3 del ARNt

Ribosomas - Son los coordinadores de la síntesis proteica - Ubican los elementos de la síntesis en la posición correcta -Catalizan algunas reacciones químicas de la traducción

Ribosomas Aprox. 20.000/ célula >> n / célula

Genes de ARNr Especie Copias de genes ARNr Escherichia coli 1 Levaduras 100-200 Rana sp. 450 Homo sapiens 280

Genes de ARNr Procariotas: Dispersos 1 tipo de gen para los 3 ARNr Eucariotas: Dispuestos en tándem 2 tipos de genes: 1 para 5,8S, 18S y 28S; otro para 5S Procesamiento postranscripcional de ARNr en procariotas y eucariotas: metilación y escisión. -- En eucariotas, con participación de los snoarn

ARNt Moléculas adaptadoras entre el ARNm y el polipéptido en síntesis. Tamaño pequeño: 74-95 nucleót. Contienen nucleót. modificados Bacterias: 30-45 ARNt Eucariotas: hasta 50 ARNt

Procesamiento de losarn de transferencia 1- Escherichia coli: Trimming: transcripción de un ARNt precursor grande, y corte en varios ARNt. 2- bases raras: por modificación de bases nitrogenadas clásicas 3- eliminación de intrones por corte y empalme: algunos eucariotas, arqueobacterias.

Procesamiento de losarn de transferencia 4- adición de CCA en extremo 3 Secuencia 5 - CCA-3 universalmente conservada Si no está, es sintetizada por una enzima dadora de CCA que no requiere molde.

ARNt Brazo D: contiene siempre una dihidrouridina Brazo anticodón: contiene el triplete que empareja con el mrna Lazo V: contiene 3 a 5 nt. (Clase 1) o 13 a 21nt.(Clase 2) Brazo Timina - Pseudouridina - Citosina Brazo aceptor: unión del aa. por aminoacil sintetasas

ARNt Otras bases raras: Hipoxantina Timina Metilguanina Las células que carecen de bases modificadas en sus ARNt, tienen una tasa de crecimiento reducida.

Aminoacil-ARNt-sintetasas Alta fidelidad, son 20, unen el aminoácido específico a los ARNt con gasto de ATP (esterificación) -COOH Groove: surco

Aminoacil-ARNt-sintetasas Importancia de la alta fidelidad: El ribosoma no puede discriminar entre un ARNt cargado correctamente y un ARNt cargado erróneamente -COOH Groove: surco

ARN de transferencia

Unión ARNm-ARNt interacción codón-anticodón La 3ra. base del codón no está totalmente alineada con la 1ra. del anticodón. Se aparea con menos restricciones = titubeo G-U Codón de Isoleucina Codón de Metionina

La traducción del ARNm puede dividirse en 3 pasos - Iniciación - Elongación - Terminación

Iniciación de la traducción Ensamblado del ribosoma con el ARNm, en posición aguas arriba del codón de iniciación, por reconocimiento de un sitio de unión del ribosoma en el ARNm: en procariotas secuencia Shine-Dalgarno, y otras

Iniciación de la traducción Bacterias: Subunidad menor + un Factor de iniciación se unen a la secuencia ARNm por apareamiento de bases con la subunidad menor

Iniciación de la traducción Bacterias: Otro factor de iniciación (IF2) coloca el ARNt iniciador (aminoacilado con N-formilmetionina) en posición (con gasto de GTP)

Iniciación de la traducción Eucariotas: Unión de la subunidad menor al ARNm por su extremo 5 mediada por la caperuza y la cola poli-a. Formación de un complejo de iniciación. Escaneo hasta hallar el codón de iniciación. No requiere fmet

Iniciación de la traducción Termina con la unión de la subunidad mayor con gasto de GTP, y determina la liberación de los factores de iniciación

Factores de Iniciación (IF: initiation factors) Bacterias IF-1: unión de las subunidades mayor y menor, probable entrada correcta de los ARNt al sitio A IF-2: dirige ARNt Met a la posición correcta en el complejo de iniciación IF-3: previene asociación prematura del ribosoma

Eucariotas Factores de Iniciación (IF: initiation factors) eif-1, eif1a, eif-3: complejo de preiniciación eif-2: unión de ARNt Met al complejo de preiniciación eif-2b: regenera el complejo eif-2-gtp eif-4a, eif-4e, eif-4f, eif-4g: complejo de unión cap eif-4b y eif-4h: escaneo del ARNm eif-5: liberación de los otros factores de iniciación eif-6: previene unión de subunidades en el citoplasma

Regulación de la iniciación de la traducción Dos puntos de control: -global: afecta cantidad proteica total. Ej. en eucariotas, todos los mrna con mecanismo cap, impidiendo la unión eif-2 con GTP -específico: afecta uno o un grupo de proteínas relacionadas. Ej. en bacterias, operones con genes que codifican proteínas ribosómicas

Etapa de elongación Con la unión de la subunidad mayor del ribosoma se generan sitios de unión para los ARNt: P = peptidílico A = aminoacílico

Etapa de elongación Un factor de elongación coloca el ARNt en el sitio A, con gasto de GTP

Etapa de elongación Formación del enlace peptídico entre ambos aminoácidos, con gasto de GTP. Responsable: peptidil transferasa (ribozima)

Etapa de elongación Translocación: El ribosoma se desplaza 3 nucleótidos hacia 3 El dipéptido se posiciona en el sitio P y se libera el ARNt de fmet Gasto de GTP

Factores de elongación (EF: elongation factors) Bacterias: EF-1A: posición correcta del trna siguiente EF-1B: regenera EF-1A EF-2: desplazamiento del ribosoma por el ARNm Eucariotas: eef-1: complejo formado por 1A, 1B, 1D y 1G; posición correcta del trna siguiente erf-2: media la traslocación (desplazamiento)

Factores de elongación (EF: elongation factors) Toxina diftérica: Inhibe el factor de elongación 2. El ribosoma no puede desplazarse hacia el siguiente codón. Se detiene la síntesis proteica.

Terminación de la traducción Un factor de liberación reconoce un codón de terminación, e ingresa al sitio A

Terminación de la traducción No se incorpora ningún aminoácido. Se libera el polipéptido

Terminación de la traducción Se disocian las subunidades del ribosoma y vuelven al pool citoplasmático

Factores de liberación (RF: release factors) Bacterias: RF-1: reconoce 5 -UAA-3 y 5 -UAG-3 RF-2: reconoce 5 -UAA-3 y 5 -UGA-3 RF-3: estimula disociación RF-1 y RF-2 del ribosoma Eucariotas: erf-1: reconoce los 3 codones de terminación erf-3: posible disociación erf-1, posible disociación del ribosoma

Factor de reciclado del ribosoma (RRF: ribosome release factors) disociación de las subunidades del ribosoma, hasta la próxima ronda de traducción Bacterias: RRF: requiere gasto de energía (GTP) Eucariotas: No se ha identificado un RRF; posible función de erf-3