martes, 7 de noviembre de 2017

Sintesis de Proteinas Biología V

La síntesis de las proteínas es un proceso muy complejo que lleva a cabo la maquinaria celular, a continuación describimos las etapas de dicho evento:
1.     El proceso de síntesis de proteínas traduce los codones (tripletes de nucleótidos) del ARN mensajero (ARNm a partir de este momento) en el código de los 20 aminoácidos esenciales que construyen la cadena de polipéptidos de las proteínas.
2.     El proceso de traducción del ARNm comienza en su extremo 5’ y concluye en el extremo 3’.
3.     En él la cadena de polipéptidos se sintetiza desde su extremo amino-terminal (N-terminal a partir de ahora) a su carboxilo-terminal (C-terminal en adelante).
Prácticamente no existen diferencias significativas en las diversas fases de la síntesis de proteínas que tienen lugar en las células procariotas y en las eucariotas. Sin embargo, sí hay una diferencia importante en la estructura del ARNm de las procariotas pues este tiene, a menudo, varias regiones codificadas (ARNm policistrónico), mientras que el ARNm de las eucariotas tiene una sola región codificada (ARNm monocistrónico).

Las principales etapas de la síntesis de proteínas son:

1.     Iniciación
2.     Elongación
3.     Terminación
En la mayoría de los aspectos, el proceso de síntesis de proteínas en las células eucariotas sigue las mismas etapas que en las procariotas. Sin embargo, sí existen diferencias específicas que es necesario resaltar. Por ejemplo, en las células procariotas el proceso de traducción da comienzo antes de que se complete la transcripción. Este acoplamiento está definido por el hecho de que las células procariotas no tienen membrana nuclear y, por lo tanto, no hay separación física alguna entre ambos procesos.

Fase de iniciación de la síntesis de proteínas

La primera de las etapas que forman parte del proceso de síntesis de proteínas es la iniciación, la cual abarca la unión de los componentes del sistema de traducción y precede a la formación de enlaces peptídicos.
Estos componentes que intervienen en la primera etapa de la síntesis de proteínas son:
·         El ARNm traducido.
·         Las dos subunidades ribosomales (subunidades grandes y pequeñas)
·         El Aminoacil ARNt que se especifica en el primer codón del ARNm.
·         Trifosfato de guanosina (GTP), el cual tiene la finalidad de proporcionar energía durante el proceso (las células eucariotas requieren también trifosfato de adenosina).
·         Factores de iniciación que permiten el ensamblaje de esta compleja fase. En concreto, las células procariotas poseen 3 factores de iniciación (IF-1, IF-2 e IF-3), mientras que las eucariotas tienen más de diez factores designados con el prefijo IF.
Dos mecanismos están involucrados en el reconocimiento de la secuencia de nucleótidos (AUG) por parte del ribosoma, el cual, en realidad, da inicio a la traducción:

1. Secuencia Shine-Dalgarno (SD)

En Escherichia coli se observa una secuencia con un alto porcentaje de bases de nucleótidos de purina, la cual es conocida como secuencia de Shine-Dalgarno. Esta región se encuentra muy cerca del extremo 5’ de la molécula de ARNm y entre 6 y 10 bases por encima del codón de iniciación. El componente 16S del ARNr de la subunidad pequeña ribosomal posee un complemento de la secuencia SD cerca de su extremo 3’. De esta forma, las dos secuencias complementarias se pueden acoplar, lo cual facilita el posicionamiento de la subunidad 30S ribosomal en el ARNm próximo al codón de iniciación.
Este mecanismo es ligeramente diferente en el caso de las células eucariotas ya que no disponen de secuencias SD. De hecho, en ellas, con la ayuda del factor de iniciación IF-4, la subunidad 40S ribosomal se une cerca de una estructura denominada ‘de tapa’ en el extremo 5’ del ARNm y, posteriormente, se mueve hacia abajo por la secuencia de ARNm hasta que se encuentra con el codón de iniciación. En cualquier caso, este proceso requiere de adenosín trifosfato (ATP) para ser llevado a cabo.

2. Codón de iniciación (AUG)

La iniciación del triplete AUG es reconocida por un indicador especial contenido en el ARNt. En el caso de las células procariotas, este proceso se ve facilitado por el IF-2-GTP, mientras que en las eucariotas lo es por el propio IF-2-GTP junto a otros IF adicionales. A continuación, el ARNt iniciador cargado se acerca al sitio P de la subunidad pequeña del ribosoma. En las bacterias (y en las mitocondrias), una metionina permanece unida al ARNt iniciador y, posteriormente, un grupo formilo actúa como donante de carbono para que, a continuación, una metionina N-terminal se una a dicho ARNt.
Por su parte, en las células eurcariotas, el ARNt iniciador proporciona una metionina no formilada. En cualquier caso, en ambos tipos de células la metionina N-terminal unida al extremo 5’ se elimina justo al final del proceso de traducción. Durante el último paso de la iniciación, la subunidad ribosómica de mayor tamaño se une al complejo que se acaba de formar para, consecuentemente, dar lugar a un ribosoma completamente funcional. Este complejo dispone de una carga de ARNt en el sitio P y otro sitio vacío.
Durante esta etapa de la síntesis de proteínas se utiliza la energía dentro del GTP en SI-2, el cual consigue hidrolizarlo para convertirlo en GDP. La reactivación de IF-2-PIB es facilitado por un factor de intercambio de nucleótidos de guanina.

Elongación de la traducción

La elongación de la traducción es el segundo de los pasos de la síntesis de proteínas. Durante esta fase la cadena de polipéptidos añade aminoácidos hasta el extremo carboxilo de la proteína, un hecho que permite crecer a la cadena a medida que el ribosoma se vuelve desde el extremo 5’ al extremo 3’ del ARNm.
En el caso de las células procariotas, se produce la entrega del aminoacil-ARNt ribosómico. Llegados a este punto, el alargamiento de EF-Tu-GTP y EF-Ts requiere de hidrólisis de GTP. En cambio, si hablamos de células eucariotas, los factores de elongación son análogos a EF-1ª-GTP y EF-1By. Ambos EF-Ts (en las procariotas) y EF-1By (en las eucariotas) funcionan como factores de intercambio de nucleótidos.
La peptidil-transferasa es una enzima muy importante en esta fase del proceso pues se encarga de catalizar la formación de los enlaces peptídicos. La actividad enzimática es intrínseca al ARNt 23S ubicado en la subunidad ribosómica más grande. Debido a que este ARNr cataliza la reacción de formación de los polipéptidos, recibe el nombre de ribozima.
El ARNt ubicado en el sitio P transporta el polipéptido sintetizado hasta el momento, mientras que en el sitio A se encuentra un ARNt unido a un único aminoácido. Después de que el enlace peptídico entre el polipéptido y el aminoácido se haya formado, el polipéptido resultante entrará en contacto con el ARNt en el sitio A. Una vez este proceso haya llegado a su fin, el ribosoma se moverá 3 nucleótidos, es decir, hasta el extremo 3’ del ARNm. Esta fase es conocida como translocación (en las células procariotas se requiere la participación de EF-G-GTP y la hidrolización de GTP, mientras que las eucariotas usan EF-2-GTP y también precisan de la hidrólisis de GTP.
Durante el desplazamiento, el ARNt descargado se mueve desde el sitio P al E y el peptidil-ARNt ocupa su lugar. Este es un proceso repetitivo puesto que tiene lugar tantas veces sea necesario hasta que se llega al codón de terminación.

Terminación de la traducción

La terminación de la traducción sucede cuando el sitio A del ribosoma alcanza uno de los tres codones de terminación (UAA, UAG o UGA).
En las células procariotas, estos codones que hemos comentado son reconocidos por los diferentes factores de liberación (FL a partir de ahora). El FL-1 es el responsable del reconocimiento de los codones de terminación UAA y UAG, mientras que el FL-2 se encarga de los UGA y UAA. Cuando estos FL se unen al complejo se desencadena la hidrólisis del enlace que une el péptido del ARNt en el sitio P y libera la proteína naciente del ribosoma. A continuación, un tercer FL (FL-3-GTP) provoca la liberación del FL-1 o FL-2 como GTP, el cual es hidrolizado y convertido en GDP para quedar como un mero fosfato residual.
Por el contrario, las células eucariotas poseen un único factor de liberación, eFL, el cual puede reconocer los tres codones de terminación. Hay un segundo FL involucrado llamado eFL-3 que ejerce funciones similares al FL-3 de las procariotas.
Algunos antibióticos inhibidores que podrían interferir en cualquiera de las diferentes etapas de la síntesis de proteínas son:
·         La toxina de la difteria, la cual inactiva EF-2 y evita que se produzca su translocación.
·         La clindamicina y la eritromicina, las cuales bloquean (debido a una unión irreversible) un sitio de la subunidad 50S de los ribosomas y, de esta forma, impiden la translocación.
·         La ricina procedente de las semillas de ricino es una toxina muy potente que elimina una adenina ubicada en el lugar 28S del ARNr, inhibiendo de este modo la función del ribosoma de las células eucariotas.


Splicing
Una célula eucariota regula las proteínas que sintetiza controlando:
  1. el momento y la frecuencia con que un determinado gen es transcripto (control transcripcional);
  2. el procesamiento del ARNm transcripto (control de procesamiento de ARNm);
  3. las moléculas de ARNm que son exportadas del núcleo al citoplasma (control de transporte del ARNm);
  4. los ARNm que son traducidos por los ribosomas en el citoplasma (control de traducción);
  5. la vida media del ARNm (control de degradación del ARNm)
  6. la activación e inactivación de proteínas (control de la actividad de las proteínas). De todas estas etapas de regulación, la primera es la que resulta más económica para la célula. La transcripción en los eucariotas difiere de la de los procariotas en varios aspectos.
En los procariontes, los ribosomas se unen a una molécula de ARNm en crecimiento y su traducción a una proteína comienza aun antes de que se haya completado la transcripción. A diferencia de los anteriores la transcripción y la traducción de los eucariontes se encuentran separadas en el tiempo y en el espacio. En la transcripción de los eucariotas están implicadas tres ARN polimerasas diferentes, cada una especializada en transcribir distintos tipos de genes. Además, se requieren factores generales de transcripción, que permiten la unión de las ARN polimerasas al promotor, así como una multiplicidad de proteínas regulatorias. Además, en los eucariotas los genes estructurales no están agrupados en operones como lo están frecuentemente en los procariotas; la transcripción de cada gen se regula por separado y cada gen produce un transcripto de ARN que contiene la información codificada de un solo producto. Una vez que el núcleo se ha completado la transcripción por medio de la ARN polimerasa II, los transcriptos de ARNm (ARNm inmaduro o primario) se terminan de procesar modificando los extremos logrando las moléculas maduras antes de ser transportados al citoplasma celular a través de los poros nucleares. Este procesamiento incluye la adición
  1. de un casquete de metil-guanina (CAP) al extremo 5’ de la molécula cuando solo hay aproximadamente 20 pares de bases de largo. Su finalidad es proteger al ARNm de la degradación y como señal para uniese luego al ribosoma en la traducción.
  2. de una cola de poli-A al extremo 3’ al terminar la transcripción. Producido un clivado en un lugar específico del transcripto la poli A-polimersa , agrega una cola de adenina, generándole el extremo 3’.

  1. También se produce remoción de intrones y unión de exones en el RNAm antes de dejar el núcleo. Este proceso es conocido como empalme o "splicing"( Del inglés corte y empalme. ) El empalme alternativo de transcriptos de ARN idénticos en diferentes tipos de células puede producir diferentes moléculas de ARNm maduro que se traducen en diferentes polipéptidos.
La información genética codificada en el AND se transcribe a una copia de ARN (transcripto primario). Esta copia luego se modifica con la adición del casquete 5’ (CAP) y la cola de poli-A, la escisión de los intrones y la unión de los exones (splicing). El mRNA maduro luego va al citoplasma, donde se traduce a proteínas.
 Mecanismo molecular de splicing.
Se trata de un mecanismo muy exacto, pues de no serlo produciría un corrimiento del marco de lectura en el mensaje transcripto. Los intrones son cortados del ARNm inmaduro por un sistema específico que reconocen secuencias cortas dentro de él y que se encuentra cerca de los límites con exones. Estas secuencias son llamadas "sitio dador(común en casi en todos los intrones), en el extremo 5’y "sitio aceptor", en el extremo 3’.
El trabajo del corte y empalme esta catalizado por una estructura pequeña, compuesta por ribo nucleoproteínas nucleares llamadas snRNPs, constituidas por pequeños ARN nucleares (snARNs) asociado a proteínas. Su nombre es spliceosoma. Esta estructura tiene a su cargo el reconocimiento de las secuencias mencionadas anteriormente en los intrones y su posterior fijación. Luego se desarrollan una secuencia de pasos que determinan el clivaje y ligado de los intrones y exones (Fig. 3):

    1. el extremo 5’del intrón es clivado y unido a otros sitio interno del intrón, cercano a su extremo 3’ llamado "sitio de ramificación" .
    2. Se produce el corte en el extremo 3’ del intrón y son empalmados los dos exones de cada lado, liberándose el ARNm maduro del spliceosoma.
    3. El intrón eliminado queda formando una estructura con forma de lazo, llamada "lariat", que posteriormente es degradado en el núcleo.
Se ha observado que ARNm inmaduros idénticos del mismo gen se procesan en más de una forma. Esto significa que existen diversos empalmes alternativos, los cuales desarrollaran diversos ARNm maduros y por lo tanto distintos polipéptidos funcionales.

En la siguiente liga encontrarás un documento en formato PDF que te ayudará a resumir esta información.



No hay comentarios:

Publicar un comentario

Células Madre o Stem Biología V grupos 606, 608 y 609

Células madre El término “célula madre” de por sí puede prestarse a confusión. Existen muchos tipos diferentes de células madre, cada un...