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  1. 1. PROTEÍNASM.C. ANA ISABEL GARCÍA SANTIAGO
  2. 2. • Las proteínas son los productos finales de la información genética. Una célula necesita miles de proteínas diferentes que deben sintetizarse en respuesta a las necesidades celulares, ser transportadas a la localización celular adecuada y degradarse cuando cuando ya no se necesite su presencia.
  3. 3. Estructura de las proteínas• Existen 20 aminoácidos, donde cada uno tiene un radical diferente.
  4. 4. Aminoácidos hidrófobosAlanina (Ala) Valina (Val) Leucina (Leu) Isoleucina (Iso) Prolina (Prl)Metionina (Met) Fenilalanina (Fen) Triptófano (Trp)
  5. 5. Aminoácidos polares hidrofílicos Serina (Ser) Treonina (Tr) Glutamina (Gln)Asparagina (Asn) Cisteína (Cis) Glicocola (Gli) Tirosina (Tir)
  6. 6. Aminoácidos ácidos y básicos AMINOÁCIDOS BÁSICOS AMINOÁCIDOS (carga positiva) ÁCIDOS (Carga negativa)Lisina (Lis) Ácido aspártico (Asp) Arginina (Arg) Ácido glutámico (Glu) Histidina (His)
  7. 7. Enlace peptidico• Los aminoácidos se unen por medio del enlace peptídico.• Se forma un enlace peptídico entre el grupo carboxilo de un aminoácido (aminoácido 1) y el grupo amino de otro aminoácido (aminoácido 2).
  8. 8. El código genético: ARN y proteínas• Def. Es la regla de correspondencia que existe entre la secuencia de bases del ARN con la secuencia de aminoácidos en las proteinas.• El idioma del ARN con las proteínas, es un código, llamado Código Genético, formado por tríos de bases (tripletes), donde tres nucleótidos del ARN codifican a los aminoácidos en proteínas.• El ARN usa cuatro "letras": A, U, G y C. La proteína puede tener 20 "letras": los aminoácidos. ¿De qué manera codifica el ARN a la proteína?• Si una base del ARN codificara a un aminoácido, el ARN solamente podría codificar a 4 aminoácidos. No serían suficientes para codificar a los 20 aminoácidos.• Si dos bases de ARN codificaran a un aminoácido, el AR podría codificar a 16 aminoácidos. Tampoco serían suficientes para codificar a los 20 aminoácidos. Si 3 bases de ARN codificaran a un aminoácido, el ARN podría codificar a 64 aminoácidos. Más que suficientes para cubrir a los 20 aminoácidos
  9. 9. El código genético tiene una serie de características• Es universal, pues lo utilizan casi todos los seres vivos conocidos. Solo existen algunasexcepciones en unos pocos tripletes en bacterias.•No es ambigüo, pues cada triplete tiene su propio significado• Todos los tripletes tienen sentido, bien codifican un aminoácido o bien indicanterminación de lectura.•Es degenerado, pues hay varios tripletes para un mismo aminoácido, es decir hay codonessinónimos.•Carece de solapamiento,es decir los tripletes no comparten bases nitrogenadas.•Es unidireccional, pues los tripletes se leen en el sentido 5´-3´.
  10. 10. El código genético• AUG: codón de inicio, codifica a la metionina UAA,UAG, UGA: codones de fin, funcionan como señal de alto• Código genético degenerado: en la mayoría de los casos, hay más de un codón por aminoácido (máximo 6)
  11. 11. Evidencia de porqué son tripletes• Los estudios en mutaciones muestran que el código genético es un código de tripletes.• Si se cambia una sola base del código genético, en el ADN, el ARNm codificaría a otro polipéptido. Esto se conoce como mutación
  12. 12. Excepciones a la Universalidad del Código Significado en Significado en CódigoOrganismo Codón Código Mitocondria Nuclear lTodos UGA FIN TrpLevadura CUX Leu ThrDrosophila AGA Arg SerHumano, bovino AGA, AGC Arg FIN MetHumano, bovino AUA Ile (iniciación) AUU, AUC, MetRatón Ile AUA (iniciación) El código genético mitocondrial es la única excepción a la universalidad del código, de manera que en algunos organismos los aminoácidos determinados por el mismo triplete o codón son diferentes en el núcleo y en la mitocondria.
  13. 13. EL PROCESO DE TRADUCCIÓN: LA BIOSÍNTESIS DE PROTEÍNAS La última etapa del flujo de información genética M.C. Ana Isabel García Santiago
  14. 14. Procariota Eucariota Traducción es simultánea con transcripción Traducción: separación espacial y temporal Los ARNm suelen tener una vida menor Los ARNm suelen tener una vida mayor Los ARNm sufren procesos de síntesis mucho más Los ARNm sufren procesos de síntesis mucho más sencillos, la traducción puede empezar antes de que complejos. La transcripción y la traducción ocurren en finalice la transcripción. lugares distintos En los ARN policistrónicos existe una secuencia de Shine- No presentan la secuencia de de Shine-Dalgarno, Dalgarno* en el 5’UTR por cada cistrón. presentan la secuencia Kozak Sistemas de traducción en: citosol Sistemas de traducción en: citosol, mitocondria y cloroplastos El transcrito primario resultante de la transcripción se La cadena polipeptídica recién liberada del ribosoma no puede utilizar directamente como ARNm para la suele ser funcional y requiere de procesos de codificación de proteínas plegamiento y procesamiento postraduccional*sirve como sitio inicial de anclaje del ARNm al ribosoma, através de su interacción con parte del extremo 3’ de lamolécula de ARNr 16S
  15. 15. OTRAS DIFERENCIASSecuencia Shine Dalgarno - Procariotes 5--UAAGGAGGU(5-10 bases) AUG mRNA 3--AUUCCUCC........ 16S rRNA Secuencia Kozak - Eucariotes 5--ACCAUGG- mRNA
  16. 16. EL PROCESO DE TRADUCCIÓNRequiere:• Ribososmas• ARNm• Aminoácidos activados• ARNt• Energía (ATP, GTP,)• Iones de magnesio• Factores proteicos no ribosomales (interaccionan con moléculas de aminoacil-ARNt, con los ribosomas y el ARNm)• Enzimas no ribosomales• RIBOSOMAS: es una compleja maquinaria molecular formado por mas de 50 proteínas y rARN, que se desplaza sobre el mARN capturando moléculas de tARN y uniendo los aminoácidos que transportan, para formar la cadena proteica
  17. 17. Ribosomas• Componentes moleculares de la síntesis• Son organelos celulares donde el ARNm es traducido. Esta formado por dos subunidades, y cada una de ellas contiene ARNr y proteínas ribosomales.• En la traducción, el ARNm pasa a través del ribosoma, donde los codones son Subunidad grande Subunidad reconocidos por los ARNt que van unidos a pequeña su aminoácido específico.• Cada subunidad ribosomal esta compuesta por ARNt (ARN ribosomal) y proteínas 3 ribosomales.• En las células eucarióticas, las unidades grandes son las 60S y contienen a los ARNt 28S, 5.8S y 5S más cerca de 50 proteínas ARNm 5 ribosomales. La unidad pequeña es 40S y En eucariotas: se almacenan generalmente contiene al ARNt 18S, más cerca de 30 en el lumen del RER. Luego maduración en proteínas. Golgi. Estan presentes citosol mitocondria y citoplasma
  18. 18. SalidaRIBOSOMAS Tunel Peptidiltransferasa Aminoacido GTPasa Iniciación en Procariota
  19. 19. FUNCIONES DE LOS RIBOSOMAS• Traen al “templete” la molécula con el amino ácido apropiado.• Durante el funcionamiento las subunidades pueden asociarse y disociarse.• La decodificación: Se mueven a lo largo del mRNA descifrando el código para la conversión de un nucleótido a su secuencia de amino ácidos. En condiciones normales, el error es mínimo: un aminoácido equivocado por cada 10.000 lecturas.• La actividad de transferencia peptídica, o peptidil-transferasa: Catalizan la formación del enlace peptídico entre amino ácidos utilizando ATP o GTP. La peptidil-transferasa es una actividad enzimática ligada a la subunidad mayor del ribosoma.• Altman y Cech descubrieron en 1981 que ciertos RNA pueden estar dotados que capacidad enzimática. Premio Nobel de Química en 1989.• Translocación: cambio de los ARNt de posición en el ribosoma.
  20. 20. Funcionamiento del ribosoma en la traducción• Al principio las dos subunidades están separadas, ensamblándose en el codon de iniciación.• Luego se desplaza y va leyendo y colocando aminoácidos.• Al final se disocia del mensajero, se suelta y vuelve a empezar.• Si al mismo mensajero se asocian varios ribosomas (polirribosoma o polisoma) se producen varias proteínas polipéptidos simultáneamente de un solo ARNm
  21. 21. Componentes moleculares de la síntesis 3: ARNt• Los ARNt llevan a los aminoácidos a los ribosomas durante la traducción, para ser ensamblados en una cadena polipeptídica.• Los ARNt son codificados por los genes.• Todos los ARNt tienen tamaño y forma similar.• Todos los ARNt tienen el triplete CCA en la terminal 3, donde los aminoácidos se pegan.• La otra "terminal" de la molécula de ARNt es el anticodón, el cual durantte la traducción, "lee" que coincida el codón del ARNm.
  22. 22. Los componentes moleculares de la síntesis 1: ARNm• El ARN mensajero tiene un principio, una secuencia y un final.• El ARNm varía en longitud. La secuencias del ARNm varían debido a que las secuencias de los aminoácidos codificados difieren, al principio y al final. Presentan estructuras tridimensionales y funciones diferentes
  23. 23. ARN mensajero (ARNm)• una gran inestabilidad metabólica, por lo tanto, para la síntesis continua de una determinada proteína debe existir una síntesis permanente de su ARNm• El precursor nuclear del ARNm maduro = ARN heterogéneo nuclear (ARNhn).• El ARNm se une en el citoplasma, a las dos subunidades ribosomales, constituyendo el ribosoma activo, que es la estructura celular responsable de la síntesis de proteínas.• El ARNm especifica la secuencia en que deben de insertarse los aminoácidos en la síntesis de polipéptidos. Se traduce en la especificación de la estructura primaria de las proteínas.
  24. 24. • ARNt Los ARNt tienen entre 73 y 93 residuos nucleotíticos. Como mínimo cada ARNt tiene 8 bases modificadas. • Sus bases no tiendan también a emparejarse según la ley de la complementariedad. • La presencia de bases modificadas es común en los ARNt. • Hay al menos un ARNt para cada aminoácido, pero algunos aminoácidos requieren más de un ARNt específicos de ese aminoácido= denominados ARNt isoaceptores._Los ARNt portan suaminoácidocorrespondiente en suextremo aceptor._Los ARNt se unen por su Brazo Aceptorextremo anticodón a susecuencia de bases Brazo T ó C:complementaria en el de Brazo D: de reconocimie reconocimientoARNm. nto del de la aminoacil- ribosoma ARNt sintetasa Brazo variableLos 20 aminoácidos =aminoacil-ARNt = complejosaa + ARNt.
  25. 25. Codón-anticodón y teoría de “wobble”• Pareo codón-anticodón: Pueden reconocer más de un codón.• Ocurre el pareo de “wobble”: aplica a la primera del anticodón o tercera del codón
  26. 26. Fases proceso de traducción• Activación de los aminoácidos• Iniciación• Crecimiento (elongación)• Terminación• Modificaciones o procesamiento
  27. 27. TRADUCCIÓN EN PROCARIOTAS
  28. 28. ACTIVACIÓN DEL AMINOÁCIDODef: es la unión del aminoácido con el ARNt específico• Formación de aminoacil-adenilato: los amino ácidos se convierten en una forma más reactiva antes que ocurra la polimerización.• Ocurre en el citosol y es catalizado por sintetasas de aminoacil-tRNA.• Ocurre en dos pasos.• ATP y magnesio
  29. 29. ACTIVACIÓN DE LOS AMINOÁCIDOSUna enzima llamadaaminoacil-ARNtsintetasa agrega losaminoácidos correctosa los ARNt. Funciones de Aminoacil-ARNt-sintetasa: Se encargan de unir de manera específica cada aminoácido con su(s) ARNt correspondiente(s) Poseen capacidad autocorrectora o de lectura de pruebas, rompiendo el enlace formado si la relación aminoácido-ARNt no es la correctaEl proceso se llama aminoacilación o "carga".Al haber 20 aminoácidos, también hay 20 aminoacil-ARNt sintetasas.Todos los ARNt con el mismo aminoácido son cargados por la misma enzima.
  30. 30. ACTIVACIÓN DEL AMINOÁCIDO
  31. 31. EUCARIOTA PROCARIOTA
  32. 32. PROCARIOTA INICIACIÓN PROCARIOTAS• El complejo de inicio se forma por unión de las subunidades del ribosoma y el iniciador (met-ARNt) al principio del códon del ARNm.• Interacción del ribosoma 40S y el metionil-ARNti se produce directamente con el primer triplete de iniciación próximo al extremo 5’ del ARNm (Secuencia Shine-Dalgarno) + Primer aa: N-formil-metionina. (siempre)• COMPLEJO DE INICIACIÓN – N-formil-metionina en bacterias – Metionina en la célula eucariota.
  33. 33. Iniciación de la traducciónUna vez reconocido este codón, se une la subunidadgrande al complejo de iniciación 30S. Se forma entoncesel complejo de iniciación 70S, en el que el extremoaceptor del ARNt iniciador, unido al aminoácido formil-metionina (la metionina está formilada en el a -amino), se encuentra en una cavidad de la subunidadgrande denominada “centro peptidil-transferasa”.Se necesita de 3 factores de iniciación diferentes (IF-1, IF-2, IF-3) y GTP, para que el ribosoma se ensamblaalrededor de la zona 5’ del ARNm, con la unión delprimer aminoacil-ARNt al sitio P (peptidilo) del ribosomay formación del primer apareamiento codón-anticodón.
  34. 34. FACTORES DE INICIACIÓN • IF3: Se une a la subunidad ribosómica 30S; impide la asociación prematura de la subunidad 50S; mejora la especificidad Secuencia Shine-Dalgarno complejo de del sitio P hacia fMet-tRNAfMet pre iniciación • IF2-GTP (forma activa): Se une al fMet- tRNA y facilita la unión a la subunidad ribosómica 30S. Estimula la unión de este al complejo iniciación • IF1: ??? Reciclaje ribosomas. Evita la unión prematura del tRNA al sitio A Los aa-tRNA llegan acompañados de un factor (eIF-2) que se reciclará mediante el factor eIF-2B. complejo deCuando se une la subunidad grande se disocian iniciacióntodos los factores proteicos. IF3 salen peroIF2 ha de hidrolizar el GTP para salir.
  35. 35. Elongación La elongación es similar en procariotas y eucariotas Hay tres factores de elongación: EF-Tu eEF-1aprocariotas EF-Ts eucariotas eEF-1b EF-G eEF-2EF-Tu: Media la entrada del aminoacil tRNAEF-Ts: Media liberación de EF-Tu-GDP y regeneración de EF-TU-GTP EF-G: Translocación del ribosoma; utiliza GTP. El primer paso de esta fase consiste en la unión del segundo ARNt al sitio “A”. Factores de elongación: EF-Tu, EF-Ts y EF-G
  36. 36. Elongación• El primer paso de esta fase consiste en la unión del segundo ARNt al sitio “A”.• Acción de la peptidiltransferasa: mediante el ataque del grupo NH2 del 2° aminoacil-ARNt al enlace éster, del 1° aminoacil-ARNt.• Separación ARNt del aminoácido en locus P.• Translocación o avance del ribosoma (5’ →3’) sobre el ARNm: movimiento del ARNt del sitio “P” al sitio “E” y del ARNt del sitio “A” al sitio “P” y el sitio A vacío, lo que posibilita la entrada de una nueva molécula de aminoacil-ARNt. El ARNm se mueve simultáneamente con los ARNt• Repetición N veces• Factores de elongación requeridos: EF-Tu, EF-Ts y EF-G
  37. 37. FACTORES DE INICIACIÓN
  38. 38. Fin de la traducción La síntesis del polipéptido se lleva a cabo hasta alcanzar el codón de fin (alto). El polipéptido se escinde del último tRNA y el tRNA se desprende del sitio P.Se utilizan factores de liberación ó terminación (RF-1, RF-2, RF-3), que leen loscodones STOP: UAA, UGA y UAG.Los RF se unen al sitio A (parecido estructural con los ARNt), y contribuyen a:1) Hidrólisis (1 molécula de agua) del enlace peptidil-tRNA terminal.2) Liberación del polipéptido sintetizada (abandona el ribosoma por medio de un túnel que atraviesa la subunidad grande).Disociación del ribosoma 70S. La unión de los factores IF1 e IF3 a la subunidad 30Sevita que se una de nuevo a la subunidad50S. -RF1 reconoce los codones UAG y UAA - RF2 reconoce los codones UGA y UAA -RF3 es una GTPasa, provoca la disociación del complejo biosintético (Clivaje peptidil-tRNA)
  39. 39. Terminación
  40. 40. TRADUCCIÓNEN EUCARIOTAS
  41. 41. La célula eucariotica requiere alrededor de 300 macromoleculasdiferentes para sintetizar un polipéptido• 70 ó más tipos de proteínas ribosómicas• 20 o más enzimas para activar los aminoácidos• 12 o más enzimas auxiliares y factores para inicio, elongación y finalización de la síntesis del polipéptido• 100 o más enzimas para la modificación de los diferentes polipéptidos• 40 o más moléculas de ARN de diferentes tipos.La síntesis proteica consume hasta el 90% de la energía química utilizada por la célula en todas las reacciones biosintéticas.
  42. 42. BIOSÍNTESIS DE LAS PROTEÍNAS EN LOS EUCARIOTASUtiliza 13 factores de iniciación.Hay dos factores de crecimiento, eEF-1 y eEF-2 (lleva a cabo translocación).La terminación en EUCARIOTAS usa los mismos codones: UAG, UAA, y UGA. Sólo unfactor de terminación se une a los tres codones de terminación.
  43. 43. Iniciación en Eucariotas1) Reconocimiento del Cap en el terminal 5’ del RNAm. • 4 a 6 factores – ATPasa – helicasa • Forma el complejo de reconocimiento2) Formación del complejo de pre-iniciación. • Met-tRNA, eIF-2a, GTP, subunidad menor del ribosoma.3) Reconocimiento • Complejo de reconocimiento se une al complejo preininicador. – Se desenrrolla el mRNA » Rompe estructuraciones secundarias – Dependiente de ATP4) Unión de las subunidades del ribosoma.
  44. 44. Iniciación en Eucariotas• La unión del ribosoma al extremo 5’ requiere la existencia de un extremo 3’ funcional.• Debe de producirse una interacción entre ambos extremos del ARNm a través de factores proteicos extrarribosomales.• Se produce la interacción del ribosoma con la caperuza que permite la unión del ribosoma con el ARNm: la interacción de la subunidad menor del ribosoma 40S se unen primero a la caperuza por medio de un factor de iniciación específico (eFI-4E o CBP).
  45. 45. Modelo de la síntesis de proteínas en Eucariotas
  46. 46. Iniciación: reconocimiento y escaneo del AUGLa iniciación de la síntesis proteica cerca del extremo con casquete 5´: elcomplejo de preiniciación 43S se une a la estructura de casquete 5´(m7 G) yluego se desliza a lo largo del mRNA hasta alcanzar un codón de inicio AUGaceptable, por lo general dentro de unos 100 nucleótidos.La iniciación de la síntesis proteica sobre sitios de entrada internos delribosoma (IRES) de un mRNA: es menos frecuente y ocurre más abajo delextremo 5´ y recorre el ARNm hasta hallar un codón de inicio AUG. AUG suele estar formando parte de la secuencia GCCA/GCCAUGG o secuencia de Kozak.
  47. 47. INICIACIÓN EN EUCARIOTAS
  48. 48. Complejo depreiniciaciónLos organismos eucariotas necesitan muchos factores proteicos para lacolocación de la subunidad pequeña del ribosoma en el primer codon AUG deiniciación del mRNA.
  49. 49. Factores de iniciación en Eucariotas• eIF-1 y eIF-1A estabilizan el complejo de iniciación además de catalizar su disociación de este complejo .• eIF-3 podría ser una especie de pinza que, mediante interacciones con eIF-1 y complementariedad con los rRNA, estabiliza el complejo 48S e interacciona con eIF-4G.• eIF-4A (formado a su vez por los factores 4G, 4A, 4B, 4E). Reconoce el mRNA a través de la caperuza. Ayuda a la migración del ribosoma en conjunto con eIF- 4Bpara buscar el AUG. Es una ATPasa dependiente de RNA con actividad RNA helicasa cuya misión es relajar los 15 primeros nucleótidos del mRNA. El mRNA no está unido linealmente al ribosoma, sino formando una estructura circular por la interacción de PABP con eIF-4G. Sirve de punto de anclaje de formación de todos los factores que componen eIF-4F, además de interaccionar con eIF-3 y PABP.• eIF-5 activa la actividad GTPasa de eIF-2 para indicar que el rastreo del AUG ha concluido y liberar todos los factores. Gracias a eIF-5B, el Met-tRNAi se coloca correctamente.• eIF-6, La subunidad mayor 50S estabiliza la subunidad 60S del ribosoma. La subunidad mayor 50S unida a eIF-6 —que sirve para mantenerla separada de la subunidad
  50. 50. Iniciación
  51. 51. ElongaciónUna vez aceptado el ARNt correspondiente alsegundo codón del ARNm, el aminoácido de suextremo aceptor entra en la cavidad peptidiltranferasa. Se produce un dipéptido (dosaminoácidos unidos mediante enlace peptídico)que queda unido al segundo ARNt.
  52. 52. Elongación en Eucariotas• Acoplamiento perfecto entre el aminoácido, el anticodón y el codón. – Requiere energía• Proceso envuelve cuatro pasos. – Unión de tRNA-aa en el sitio A del ribosoma. – Verificación de que es el tRNA-aa correcto. – Formación del enlace péptido – Translocación • Adelantar el mRNA un codón. • Mover la cadena peptídica-tRNA del lugar A al lugar P en el ribosoma.• Ocurre en la cavidad entre las unidades del ribosoma.• Utiliza factores de extensión (eEF).
  53. 53. Terminación en Eucariotas• Ocurre cuando un codón terminal llega al sitio A del ribosoma.• Participa un único factor de terminación (eTF) que reconoce a los tres tripletes de terminación. • Se une al codon • Requiere uso de energía (GTP) • Hidroliza el enlace ester del tRNA que contiene la cadena polipeptídica. • Libera la cadena polipeptídica.• Se disocian las subunidades del ribosoma.
  54. 54. Terminación
  55. 55. Modificaciones postraduccionales• Modificaciones bioquímicas:• Rompimiento proteolítico• Alteraciones N-terminal: deformilasas y peptidasas.• Modificaciones: Fosforilaciones e hidroxilaciones.• Adición de grupos prostéticos: metales y cofactores.• Formación puentes de azufre.• Enlace de carbohidratos y lípidos, hidroxilaciones
  56. 56. Degradación de proteínas• Proteínas celulares y extracelulares son degradadas continuamente y reemplazadas por proteínas acabadas de sintetizar.• Proteínas extracelulares son degradadas por: proteasas lisosomales.• Proteínas intracelulares utilizan proteasas dependientes de ATP asociadas a complejos grandes de proteínas llamados proteosomas Proceso de degradar proteínas en células eucarióticas: ubiquitinilación. Cuando ubiquitina se enlaza a una proteína la destina para degradarse.El proceso de degradación ocurre en los lisosomas o una estructura macromolecular llamada proteosoma
  57. 57. Reguladores• Inhibidores controlados por grupo heme.• Interferones: son proteínas que interfieren con la replicación viral.• Antibióticos: puromicina, estreptomicina, tetraciclina, eritro micina, cloranfenicol y ciclohexamida.• Toxina de difteria: enzima secretada por Corynebacterium diphtheriae

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