SINTESIS PROTEICA código genético y traducción

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Código Genético

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Características del Código Genético

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Síntesis proteica

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El mecanismo de la traducción

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SINTESIS DE PROTEINAS Î

La síntesis proteica ocurre de modo semejante en todas las células

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Tres tipos de RNA desempeñan un papel cooperativo ÎmRNA transportador de la información Î rRNA asociado a proteínas forma el ribosoma ÎtRNA portadores de aminoácidos, lectores del mensaje

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El orden de los aminoácidos en la cadena proteica (secuencia) está determinado por la secuencia (orden) de nucleótidos

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El orden de los aminoácidos en la cadena proteica (secuencia) determina la función de la nueva proteína

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Es necesario un código bilingüe para pasar la información de la secuencia de bases a aminoácidos (código genético)

Antibióticos y traducción

1

2

Reglas de síntesis de moléculas informativas

El problema de la información Elementos fundamentales a resolver en la síntesis proteica

Acidos nucleicos y proteínas

1. Pasaje de la información 2. El mecanismo enzimático

Formados por un número limitado de subunidades Las unidades son agregadas secuencialmente formando cadenas lineales

Información (ADN)

Cada cadena tiene un punto de inicio, avanza en una única dirección y tiene un punto de finalización Los productos de la síntesis primaria son modificados previamente a cumplir su función

4 bases

Intermediario (ARN)

4 bases

Efector (proteína)

20 Aminoácidos

Grupos de bases pueden simbolizar cada aminoácido

3

4

El problema del pasaje de información

El código genético

Hay 4 bases en el ARN (U, C, A, G) y deben especificar 20 aminoácidos. Cuantas bases = 1 Aa?

G G ACGC UGA U AACCCG U C AG U U CC AACA U CG G U AA UCCGC C C AG AGC U 3 Bases?

2 Bases?

1 Base?

Un código en dobletes especifica 4X4 =16 Aas. U 1

C 2

A 3

G 4

4 < 20: No alcanza

Un código simple implica sólo 4 Aas.

UC UA U G U U 2 3 4 1 C U CC C A CG 6 5 7 8 AA AU AC AG 9 11 12 10 GG GC GA GU 14 13 15 16 16 < 20: No alcanza

1968

19601960-1964

mRNA

Francis Crick Robert Holley H. G. Khorana, Khorana, Marshal Nirenberg. Nirenberg.

4 Bases?...

Un código en tripletes especifica 4 x 4 x 4 = 64 Aas.

CODIGO GENETICO UNIVERSAL EN TRIPLETES NO SOLAPADO REDUNDANTE NO AMBIGUO DEGENERADO

U UG U U U U UC U U A 2 1 3 4 CC U CCC C CA CCG 6 5 7 8 AAU AAC AAA AAG 9 10 11 12 G GA GG U GGC etc... 14 15 13 64 > 20: Más que suficiente

5

6

Marcos de lectura

Código Genético

El código genético no es solapado pero puede leerse en tres marcos diferentes de lectura Sólo uno de estos marcos es el correcto para dar lugar a una proteína dada

• En tripletes (codones) • No solapado • Sin puntuación

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Ambigüedad y redundancia

Universalidad y excepciones

• No ambiguo (cada codón especifica sólo un aminoácido) • Redundante (distintos codones para un aminoácido) existen codones sinónimos familias de codones: XYPur XYPyr tRNA como adapatador reconocimiento codón-anticodón hipótesis del balanceo Degenerado (codones sinónimos pueden ser leídos por un mismo anticodón) 9

10

Reconocimiento codóncodón-anticodón

El balanceo

tRNA como adapatador

Apareamientos de base no standard ocurren entre la tercera posición del codón y la primera del anticodón

reconocimiento codónanticodón hipótesis del balanceo codones sinónimos pueden ser leídos por un mismo anticodón

11

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Cambios en una secuencia de ADN que codifica para una proteína...

Tienen diferentes efectos: 1. mutación silenciosa

...CCGCGTCAGACCGAAATTAACGCG...

...CCGCGTCAGACCGAGATTAACGCG...

CCGCGUCAGACCGAAAUUAACGCG

CCGCGUCAGACCGAGAUUAACGCG

P

R

Q

T

E

I

N

A

13

P

R

T

E

I

N

A

14

Tienen diferentes efectos: 2. cambio de sentido

Tienen diferentes efectos: 3. sin sentido

...CCGCGTCAGACCGCAATTAACGCG...

...CCGCGTCAGACCTAAATTAACGCG...

CCGCGUCAGACCGCAAUUAACGCG

CCGCGUCAGACCUAAAUUAACGCG

P

15

Q

R

Q

T

A

I

N

A

P

16

R

Q

T

*

Tienen diferentes efectos: 4. Inserción y corrimiento del marco de lectura

Tienen diferentes efectos: 5. Delección y corrimiento del marco de lectura

A ...CCGCGTCAGACCGAAATTAAACGCG...

...CCGCGTCAGACCGAAATTACGCG...

CCGCGUCAGACCGAAAUUAAACGCG

CCGCGUCAGACCGAAAUUACGCG

P

R

Q

T

E

I

17

La traducción es un proceso de decodificación en dos pasos: 1 Cargado de los ARNt

19

K

R

P

R

Q

T

E

I

18

La traducción es un proceso de decodificación en dos pasos: 2 Reconocimiento codóncodón-anticodón

20

T

R

Cargado de los ARNt

El adaptador molecular : el ARNt •

Cada ARNt es reconocido por una AMINOACIL-tRNA-SINTETASA específica

•

Estas enzimas reconocen el Aa correcto y el ARNt correcto

brazo aceptor

Requerimientos Requerimientos 20 20 aminoácidos aminoácidos aminoacyl-tRNA aminoacyl-tRNA synthetases synthetases tRNAs tRNAs ATP, ATP, Mg Mg 2+ 2+ GLn-tRNA Aminoacil-tRNA-sintetasa (tipo I)

anticodón 21

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Síntesis de proteínas

Cargado de los ARNt

Requerimientos: mRNA Aa-tRNA ribosomas

Reacción en dos pasos: 1. La enzima une al Aa consumiendo 1 ATP 2. La enzima une al ARNt y le transfiere el Aa

Actividad peptidiltransferasa

Ribosomas Plataforma donde se realiza la síntesis proteica

Requerimientos Requerimientos 20 20aminoácidos aminoácidos aminoacyl-tRNA aminoacyl-tRNAsyntetasas syntetasas tRNAs tRNAs ATP, ATP,Mg Mg2+ 2+ 23

Subunidad mayor: 3 ARNr y 49 proteínas Subunidad menor: 1 ARNr y 33 proteínas

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Salida del péptido recién sintetizado

Estructura del ribosoma bacteriano

Composición del ribosoma

Ribosoma de T.termophilus

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Iniciación traduccional procariotas

El primer aminoácido

Reunir los elementos necesarios Reconocer el sitio de inicio (AUG) Proveer sitios para que se inicie la elongación

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Iniciación traduccional procariotas

Iniciación traduccional eucariota

•Requerimientos •Requerimientos mRNA mRNA tRNA tRNAmet met codón codónde deiniciación iniciación 22subunidades subunidadesribosomales ribosomales Factores Factoresde deiniciación iniciación(IF-1, (IF-1,IF-2, IF-2,IF-3) IF-3) GTP, GTP,Mg Mg2+ 2+ 29

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Requerimientos Requerimientos

Elongación

•Agregado secuencial de Aa por una actividad peptidil transferasa •Traslocación

La elongación eucariota es similar a la bacteriana

Ribosoma Ribosomacompleto completo(complejo (complejode deiniciacion) iniciacion) Aa-tRNAs Aa-tRNAsespecificados especificadospor porcada cadacodon codon Factores de elongacion (EF-Tu, EF-Ts, Factores de elongacion (EF-Tu, EF-Ts,EF-G) EF-G) Actividad peptidil-transferasa (23s) Actividad peptidil-transferasa (23s) GTP, Mg 2+ GTP, Mg 2+

Durante la elongación cada Aa-tRNA pasa por tres sitios en enl ribosoma

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Terminación Enlace peptídico

codón codónde determinación terminación factores factoresde deliberación liberación (RF (RF11, ,RF RF22, ,RF RF33)) ATP ATP

• Reacción central de la síntesis proteica • La actividad peptidil-transferasa está en el rRNA 23S • El centro catalítico es altamente conservado • La traslocación ocurre luego de la formación del enlace peptídico

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• Proceso similar en procariotas y eucariotas • Depende de factores que reconocen codón stop y de hidrólisis de peptidil-tRNA

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Acoplamiento TranscripciónTranscripción-traducción en procariotas

Poliribosomas La traducción simultánea por múltiples ribosomas y su rápido reciclado incrementa la eficiencia de la síntesis proteica.

La traducción en bacterias se inicia sobre transcriptos que aun no terminaron su síntesis. Esta coordinación entre ambos procesos permite una regulación más precisa de la síntesis proteica bacteriana

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Requerimientos Requerimientos

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Destino celular de las proteínas

Antibióticos y síntesis proteica • Mayoría son bacteriostáticos • Selectividad debida a diferencias entre ribosomas procariotas y eucariotas • Actúan a diferente nivel en la síntesis proteica Inhibidores de la iniciación Aminoglicósidos: estreptomicina, kanamicina, gentamicina, neomicina

Unión irreversible a rRNA16S, bloqueo en complejo 30SmRNA-tRNA

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Inhibidores de la Elongación

El Papel de la hidrólisis de GTP

Tetraciclinas:

tetraciclina, minociclina

Unión reversible a la subunidad 30S, inhibe la unión del Aa-tRNA

•

se hidrolizan 2GTPs por cada aminoácido incorporado

•

La hidrólisis promueve cambios conformacionales esenciales

•

Se gastan 4 enlaces fosfato de alta energía por aminoácido incorporado:

Acido Fusídico

Unión a EF-G, inhibe la disociación EF-G/GDP

CARGADO del ARNt-Aa con su aminoácido 1ATP (2 enlaces) / Aa TRADUCCION a. Iniciación 1GTP b. Elongación 2 GTP / Aa c. Terminación 1 GTP

Cloramfenicol: Unión a subunidad 50s, inhibe la actividad peptidi transferasa.

Gasto Total: Macrolidas: eritromicina, claritromicina Inhibe la translocación. 40

2N 1 2(N-1) 1 ____ 4N*