Volver a Bioquímica Biología Molecular
BIOSÍNTESIS DE PROTEÍNAS
● La secuencia de nucleótidos a nivel de los genes constituye un “mensaje clave” que
indica la composición exacta de los ARN y proteínas a sintetizar.
● Las unidades funcionales son los genes, es decir, los segmentos de la molécula de ADN
que sirven de guía en la síntesis de los distintos tipos de ARN.
● Todos los ARN tienen asignadas misiones particulares en el proceso de síntesis de
proteínas, pero sólo los ARNm contienen la “clave” para el ordenamiento de
aminoácidos en las moléculas de las proteínas a elaborar.
El código genético
● La secuencia de bases púricas y pirimídicas de las hebras de ARNm transcriptas de
genes que codifican proteínas provee las directivas para el ordenamiento de los
aminoácidos.
● Un aminoácido es especificado por un conjunto de tres bases consecutivas,
denominadas tripletes. Con las cuatro bases se pueden componer 64 tripletes
diferentes.
● Cada aminoácido está representado por uno o más tripletes. Ese conjunto de tres
bases que constituyen las unidades del código genético se designan con el nombre de
codones.
● Para algunos aminoácidos existe más de un codón.
● Los tripletes distintos correspondientes a un mismo aminoácido se denominan
sinónimos (la existencia de varios tripletes para indicar el mismo aminoácido se conoce
como degeneración o redundancia del código). Sin embargo, no existen
ambigüedades; un determinado codón sólo indica un aminoácido. → UN
AMINOÁCIDO PUEDE SER CODIFICADO POR VARIOS CODONES, PERO UN CODÓN
SÓLO CODIFICA UN SÓLO AMINOÁCIDO.
● Los tripletes UAA, UAG y UGA no corresponden a aminoácidos; indican terminación de
la cadena polipeptídica.
● El código genético tiene validez universal, es decir, los codones tienen el mismo
significado en todos los seres vivos.
ADN nuclear
● Los genes que codifican para proteínas contienen información que, transcripta a
ARNm, sirve para dirigir el ordenamiento de aminoácidos de los polipéptidos
correspondientes.
● Conjuntos de tres bases consecutivas en el ARNm forman las unidades del código
genético o codones; 61 de los 64 posibles codones especifican aminoácidos; los tres
restantes indican terminación de la cadena polipeptídica.
● El conjunto de codones con la información completa para la síntesis de una cadena
polipeptídica se denomina cistrón.
● A diferencia de los genes de bacterias, en los eucariotas esas unidades no están
constituidas por trozos continuos de ADN codificante, sino divididas en segmentos
denominados exones. Entre ellos se entienden porciones de ADN, aparentemente sin
información, a las cuales se las llama intrones.
Genes repetidos
● Contribuyen a aumentar el tamaño del genoma de eucariotas.
● Existen múltiples copias de las respectivas porciones codificantes del ADN. El conjunto
de copias múltiples de un determinado gen constituye una familia de genes. A veces,
los genes miembros de una familia no son exactamente idénticos entre sí, ni
transcriptos todos en el mismo tejido o simultáneamente.
● Los genes repetidos se han originado en el curso de la evolución por duplicaciones
sucesivas de un gen ancestral.
ARN mensajero (ARNm)
● En eucariotas, la ARN polimerasa II dependiente de ADN cataliza el ensamblaje de ARN
mensajero.
● Sólo la hebra antisentido del ADN es transcripta.
● Cada gen se transcribe en toda su extensión, incluyendo no sólo las porciones
codificantes sino también las no codificantes.
● En eucariotas, la existencia de membrana nuclear determina la separación entre el
lugar de transcripción del ADN (núcleo) y el de traducción a proteínas (citoplasma). El
ARNm debe pasar a través de los poros de la membrana nuclear. Para prevenir su
hidrólisis por parte de las nucleasas, el ARNm se une a proteínas que lo protegen.
Procesamiento del ARNm precursor
● El procesamiento postranscripción del ARNm no termina con el agregado del
“capuchón” en el extremo 5’ y de la “cola” de poli A en el 3’. La gran mayoría de las
cadenas de ARNm primario contiene secuencias intercaladas o intrones que es
necesario eliminar. Estos segmentos son seccionados y los axones se empalman en el
orden correcto para formar la cadena de ARNm “maduro”.
● Este proceso de corte y empalme recibe el nombre de splicing.
RNPnp
● En el núcleo existe un conjunto de partículas, las ribonucleoproteínas nucleares
pequeñas (snRNP), que cumplen un papel importante en el splicing.
Splicing
● Se inicia con la formación de un complejo integrado por varias snRNP y proteínas
unidas al ARN precursor. El conjunto es designado spliceosome.
● No se trata de una hidrólisis, sino de una reacción de transesterificación, es decir, se
establece una nueva unión fosfodiéster.
● En general, los exones codifican para los denominados “dominios funcionales” de las
proteínas.
Procesamiento diferencial
● Un determinado ARNm precursor puede generar diferentes ARNm maduros.
● El proceso de maduración del ARNm permite a veces generar proteínas diferentes a
partir del mismo gen.
● Los genes de los cuales se origina más de un ARNm maduro son denominados
unidades de transcripción compleja.
● Otro mecanismo de modificación del transcrito primario es el de edición del ARNm. Se
pueden introducir o eliminar bases y modificar el significado de un codón.
ARNm “maduro”
● Una vez completadas las modificaciones postranscripcionales, el producto terminal es
el ARNm maduro, exportado al citoplasma a través de los poros de la membrana
nuclear.
● La molécula de ARNm “maduro” está formada por el “capuchón” de 7-metil-GTP en el
extremo 5’, seguido por una secuencia no codificante hasta llegar al codón de
iniciación, que siempre es AUG, triplete correspondiente a metionina. A continuación
sigue la porción codificante en la cual la sucesión de codones indica la secuencia de
aminoácidos en la proteína a sintetizar; esta porción concluye con un codón de
terminación (UAA, UAG o UGA). Después se extiende un segmento de longitud
variable (trailer). Finalmente, en la mayoría de los ARNm se encuentra la “cola” de poli
A. Las dos últimas porciones no son traducibles.
● El trozo que contiene la serie de tripletes que codifican un polipéptido completo,
desde el codón de iniciación hasta el de terminación, es denominado encuadre.
Transcriptoma → Conjunto de ARNm contenidos en una célula, tejido u organismo.
ARN ribosomal (ARNr)
● Asociados a proteínas, este tipo de ácido ribonucleico integra los ribosomas, partículas
celulares vinculadas a la síntesis de proteínas.
● A fin de atender la gran demanda de moléculas de ARNr en la célula, existen múltiples
repeticiones de los genes que codifican para ARNr.
● La síntesis de los ARNr mayores (28S, 18S y 5,8S) es catalizada por ARN polimerasa I en
el nucléolo, donde se forma un trozo precursor de 45S que contiene los tres ARNr.
Estos son liberados por ruptura del ARNr primario.
● El ARNr 5S es ensamblado fuera del nucléolo, por acción de ARN polimerasa III.
● El ARNr “maduro” se une a proteínas para constituir las subunidades de los ribosomas.
Cuando las dos porciones se unen para formar la partícula ribosomal completa, queda
entre ellas una hendidura por la cual se desliza el ARNm durante el proceso de síntesis
de proteínas.
● La función del ribosoma es la de servir de soporte a los diferentes componentes el
sistema involucrado en la síntesis.
● En el ribosoma se reconocen dos sitios adyacentes, denominados A (de aminoacil) y P
(de peptidil), a los cuales se unen las moléculas de ARNt cargadas con aminoácido. En
bacterias hay un tercer sitio, el E (salida).
ARN de transferencia (ARNt)
● Su síntesis es catalizada por ARN polimerasa III en el núcleo.
● El ARNt precursor debe ser procesado para eliminar un intrón y modificar bases.
● Este tipo de ARN es encargado de unirse a aminoácidos libres en el citosol y
transportarlos hacia el lugar de su ensamble en cadenas de nuevas proteínas.
● Existen ARNt específicos para cada aminoácido.
● Su extremo 3’ se une al aminoácido y es idéntico para todos los ARNt; la secuencia
terminal es siempre CCA. La especificidad radica en otro sector de la molécula. En el
asa central se encuentra un triplete anticodón, complementario del codón
correspondiente al aminoácido transportado por el ARNt.
● El apareamiento codón-anticodón es antiparalelo y la secuencia siempre se lee en
sentido 5’ - 3’.
● El ARNt actúa como una molécula intermediaria o adaptadora que reconoce una
secuencia determinada de nucleótidos en el ARNm (codón) y permite ubicar en su sitio
al aminoácido correspondiente.
● Debido a la redundancia del código genético puede existir más de un ARNt para
algunos aminoácidos.
Ribozimas
● En diversos organismos existen ácidos ribonucleicos que se comportan como enzimas;
se los llama ribozimas.
● De acuerdo con su función, las ribozimas pueden ser hidrolíticas o participar en el
proceso de splicing.
● Las ribozimas hidrolíticas tienen capacidad para escindir enlaces fosfodiéster entre
nucleótidos en cadenas de ARN. Algunas son autocatalíticas, es decir, catalizan su
propia ruptura.
● En la mayoría de los casos, las ribozimas de splicing catalizan sucesivamente el corto
de intrones que determina su separación de la cadena, y el empalme de los exones
adyacentes.
● Hay otras funciones en las cuales están comprometidas las ribozimas. La formación de
uniones peptídicas en la síntesis de cadenas de proteínas es catalizada por peptidil
transferasa, una ribozima localizada en la partícula mayor de los ribosomas.
MECANISMO DE LA BIOSÍNTESIS DE PROTEÍNAS
● El proceso consiste en la traducción del mensaje contenido en el ARNm y el ensamble
de aminoácidos en el orden por él indicado. En la síntesis de proteínas participan los
tres tipos de ARN (mensajero, ribosomal y de transferencia) y un conjunto de
proteínas.
● El ARNm es recorrido, codón a codón, por las partículas ribosomales que permiten la
inserción de los ARNt sobre los tripletes complementarios de sus respectivos
anticodones. Los aminoácidos transportados por los ARNt se unen en el orden
señalado por la secuencia de tripletes en el ARNm, para formar la cadena
polipeptídica.
● El ARNm es traducido en el sentido 5’ - 3’ y la cadena polipeptídica es ensamblada
desde su extremo N-terminal hacia el C-terminal.
● La incorporación de los aminoácidos en la secuencia exacta requiere su unión al ARNt
específico y la correcta inserción de éste sobre la guía de ARNm por apareamiento
codón-anticodón.
● Cada vez que se sintetiza una proteína, las dos subunidades, mayor y menor, de los
ribosomas se asocian entre sí y con el ARNm, para separarse cuando la cadena
polipeptídica está terminada. A este proceso de asociación-disociación del ribosoma se
lo llama ciclo ribosomal. Cada partícula ribosomal puede unirse a dos ARNt
simultáneamente. Para ello posee dos sitios de fijación. Al sitio A se une el ARNt
cargado con un aminoácido (aminoacil-ARNt), al P el que posee la cadena polipeptídica
en formación (peptidil-ARNt). Finalmente el ARNt que queda libre después de
transferir la hebra polipeptídica se desprende.
● La biosíntesis comprende cuatro etapas principales: 1) Activación de los aminoácidos.
2) Iniciación. 3) Elongación. 4) Terminación de la cadena polipeptídica.
1. Activación de los aminoácidos. Esta etapa requiere aminoácidos libres, enzimas
activantes llamadas aminoacil-ARNt sintetasas, ARNt, ATP y Mg
2+
. En una primera
etapa, el aminoácido reacciona con ATP para formar un complejo aminoacil-AMP-
enzima. Se libera PPi, que es hidrolizado por pirofosfatasa. La segunda etapa
comprende la transferencia del aminoácido activado al extremo 3’ del ARNt. El
complejo aminoacil-ARNt se dirige hacia el sitio de la síntesis, donde se reúnen los
ARNt “cargados”, el ARNm, los ribosomas y los factores que inician el ensamble de la
cadena.
2. Iniciación de la cadena polipeptídica. La cadena comienza por la inserción de
metionina, indicada por el codón AUG. Para la iniciación, se reconoce el extremo 5’ del
ARNm por el cap de 7-metil-guanosina trifosfato.
Factores de iniciación. La iniciación requiere un conjunto de proteínas llamadas
factores de iniciación. En eucariotas existen al menos 9 factores, indicados con las
letras FIe. Al comienzo las subunidades ribosomales deben estar separadas. Los
factores disociantes son FIe-3 y FIe-6, que se unen a las subunidades 40S y 60S
respectivamente.
a. Un complejo llamado FI4F, incluye las proteínas FIe4E, FIe4G, FIe4B y FI4A, se
une al cap del extremo 5’ del ARNm. El FIe4E es el que reconoce el cap y se fija
a él, junto con los otros factores, algunos de los cuales ayudan a desenrollar la
cadena de ARNm. Todas estas acciones requieren energía, provista por la
hidrólisis de ATP.
b. El factor FIe-2, unido a GTP, se fija al ARNt iniciador cargado con metionina
(met-ARNt
i
-FIe-2). Este complejo se dirige hacia la subunidad 40S (unida a FIe-
3) y todos juntos se reúnen en el extremo 5’ del ARNm. Se ha formado el
complejo de preiniciación → Subunidad 40S unida a FIe-3 + met-ARNt
i
-FIe-2.
c. El complejo de preiniciación empieza a recorrer la hebra de ARNm en sentido
5’ → 3’ hasta encontrar el primer codón AUG al cual se aparea el anticodón del
ARNt
i
. La energía para el desplazamiento del complejo es suministrada por
ATP.
d. El factor FIe-5, una GTPasa, hidroliza el GTP unido a FIe-2 y se liberan todos los
factores asociados al complejo de preiniciación.
e. Una subunidad ribosomal 60S se desprende del FIe-6 y se asocia a la 40S,
también libre de factores, para formar la partícula completa de 80S, que queda
“enhebrada” en el ARNm que atraviesa la hendidura entre las dos
subunidades. El met-ARNt
i
se adhiere al sitio P del ribosoma. Se ha formado el
complejo de iniciación.
3. Elongación. En el complejo de iniciación, el met-ARNt
i
está ubicado en el sitio P del
ribosoma, apareado con su anticodón al codón inicial en el ARNm. El sitio A está vacío.
La adición de aminoácidos requiere además la participación de tres factores de
elongación. Estos son designados FEe-α, FEe-βϒ y FEe-2.
a) Primer ciclo de elongación. Un aminoacil-ARNt con anticodón
complementario del triple adyacente al ocupado por el met-ARNt
i
es
conducido hacia el sitio A del ribosoma por el factor de elongación
FEe-1α asociado a GTP. El aminoacil-ARNt sólo se fija al sitio A si el P
está ocupado; de inmediato aparea su anticodón con el segundo
codón en el ARNm. El FEe-1α, ahora unido a GDP, queda libre e
inactivo, incapaz de unirse a aminoacil-ARNt. La regeneración de la
forma activa FEe-1α-GTP se realiza en el citosol por mediación de
FEe-βϒ.
b) Formación de la unión peptídica. El grupo carboxilo de la metionina
unida al ARNt
i
en la posición P forma un enlace peptídico con la
función α-amina del aminoácido unido al ARNt en el sitio A. La
reacción es catalizada por peptidil-transferasa, una ribozima localizada
en la subunidad mayor del ribosoma. Se forma un dipeptidil que queda
unido al ARNt ingresado en segundo lugar y ubicado en el sitio A. El
ARNt
i
del sitio P es liberado.
c) Translocación. Es un término utilizado para indicar el desplazamiento
del peptidil-ARNt desde el sitio A al P del ribosoma. La translocación
requiere GTP y el factor de elongación FEe-2 unido a GTP. Gracias al
desplazamiento del peptidil-ARNt, el sitio A queda libre. Al mismo
tiempo, el ribosoma avanza un codón más sobre el ARNm; frente al
sitio A vacío queda situado el próximo codón del ARNm.
d) Nuevos ciclos de elongación. Las etapas descritas para el primer ciclo
de elongación se repiten en cada adición de aminoácido al polipéptido
en formación. Cuando se han repetido varios ciclos, el ARNt del sitio P
tiene unida al extremo 3’ una cadena peptídica que se inicia con
metionina y posee tantos aminoácidos adicionales como pasos de
elongación se han cumplido.
4. Terminación de la cadena polipeptídica. Completada la adición de todos los
aminoácidos según el ordenamiento indicado por la secuencia de codones en el ARNm,
el ARNt unido al sitio P posee, fijada a su extremo 3’, la cadena polipeptídica completa.
La señal de finalización es la presencia de un codón de terminación en el ARNm (UAA,
AUG, UGA). Estos codones no son reconocidos por ARNt, sino por proteínas llamadas
factores de liberación, que catalizan la hidrólisis de la unión entre la cadena
polipeptídica y el ARNt.
Función de los factores de elongación
Factor
Función
FEe-1α
Une aminoacil-ARNt y GTP
FEe-1βϒ
Asiste en el intercambio de GTP y GDP en
FEe-1α
FEe-2
Transloca el ribosoma a lo largo del ARNm;
hidroliza GTP.
sintesis de proteinas.docx
browser_emoji Estamos procesando este archivo...
browser_emoji Lamentablemente la previsualización de este archivo no está disponible. De todas maneras puedes descargarlo y ver si te es útil.
Descargar
. . . . .