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Síntesis de proteínas (traducción) - Geociencias

Síntesis de proteínas (traducción) - Geociencias


habilidades para desarrollar

  • Describe el código genético y explica por qué se considera casi universal.
  • Explicar el proceso de traducción y las funciones de la maquinaria molecular de traducción.
  • Comparar traducción en eucariotas y procariotas

La síntesis de proteínas consume más energía celular que cualquier otro proceso metabólico. Realizan prácticamente todas las funciones de una célula, sirviendo como elementos funcionales (por ejemplo, enzimas) y estructurales. El proceso de traducción, o síntesis de proteínas, la segunda parte de la expresión génica, implica la decodificación por un ribosoma de un mensaje de ARNm en un producto polipeptídico.

El código genético

La traducción de la plantilla de ARNm convierte la información genética basada en nucleótidos en el "lenguaje" de los aminoácidos para crear un producto proteico. Una secuencia de proteínas consta de 20 aminoácidos que ocurren comúnmente. Cada aminoácido se define dentro del ARNm por un triplete de nucleótidos llamado codón. La relación entre un codón de ARNm y su correspondiente aminoácido se llama código genético.

El código de tres nucleótidos significa que hay un total de 64 combinaciones posibles (43, con cuatro nucleótidos diferentes posibles en cada una de las tres posiciones diferentes dentro del codón). Este número es mayor que el número de aminoácidos y un aminoácido dado está codificado por más de un codón (Figura ( PageIndex {1} )). Esta redundancia en el código genético se llama degeneración. Normalmente, mientras que las dos primeras posiciones en un codón son importantes para determinar qué aminoácido se incorporará a un polipéptido en crecimiento, la tercera posición, denominada posición de oscilación, es menos crítica. En algunos casos, si se cambia el nucleótido en la tercera posición, todavía se incorpora el mismo aminoácido.

Considerando que 61 de los 64 posibles tripletes codifican aminoácidos, tres de los 64 codones no codifican un aminoácido; terminan la síntesis de proteínas, liberando el polipéptido de la maquinaria de traducción. Estos se denominan codón de parada.s o codón sin sentidos. Otro codón, AUG, también tiene una función especial. Además de especificar el aminoácido metionina, también sirve típicamente como el codón de inicio para iniciar la traducción. El marco de lectura, la forma en que los nucleótidos en el ARNm se agrupan en codones, para la traducción lo establece el codón de inicio AUG cerca del extremo 5 'del ARNm. Cada conjunto de tres nucleótidos que sigue a este codón de inicio es un codón en el mensaje de ARNm.

El código genético es casi universal. Con unas pocas excepciones, prácticamente todas las especies utilizan el mismo código genético para la síntesis de proteínas, lo que es una prueba poderosa de que toda la vida existente en la tierra comparte un origen común. Sin embargo, se han observado aminoácidos inusuales como selenocisteína y pirrolisina en arqueas y bacterias. En el caso de la selenocisteína, el codón utilizado es UGA (normalmente un codón de terminación). Sin embargo, UGA puede codificar selenocisteína utilizando una estructura de tallo-bucle (conocida como secuencia de inserción de selenocisteína o elemento SECIS), que se encuentra en la región 3 'no traducida del ARNm. La pirrolisina usa un codón de terminación diferente, UAG. La incorporación de pirrolisina requiere la pilotes gen y un ARN de transferencia único (ARNt) con un anticodón CUA.

Ejercicio ( PageIndex {1} )

  1. ¿Cuántas bases hay en cada codón?
  2. ¿Qué aminoácido codifica el codón AAU?
  3. ¿Qué sucede cuando se alcanza un codón de parada?

La maquinaria de síntesis de proteínas

Además de la plantilla de ARNm, muchas moléculas y macromoléculas contribuyen al proceso de traducción. La composición de cada componente varía entre taxones; por ejemplo, los ribosomas pueden consistir en diferentes números de ARN ribosomales (ARNr) y polipéptidos dependiendo del organismo. Sin embargo, las estructuras y funciones generales de la maquinaria de síntesis de proteínas son comparables de las bacterias a las células humanas. La traducción requiere la entrada de una plantilla de ARNm, ribosomas, ARNt y varios factores enzimáticos.

Ribosomas

Un ribosoma es una macromolécula compleja compuesta de ARNr catalíticos (llamados ribozimas) y ARNr estructurales, así como muchos polipéptidos distintos. Los ARNr maduros constituyen aproximadamente el 50% de cada ribosoma. Los procariotas tienen ribosomas 70S, mientras que los eucariotas tienen ribosomas 80S en el citoplasma y retículo endoplásmico rugoso, y ribosomas 70S en mitocondrias y cloroplastos. Los ribosomas se disocian en subunidades grandes y pequeñas cuando no están sintetizando proteínas y se reasocian durante el inicio de la traducción. En E. coli, la subunidad pequeña se describe como 30S (que contiene la subunidad de ARNr 16S) y la subunidad grande es 50S (que contiene las subunidades de ARNr 5S y 23S), para un total de 70S (las unidades de Svedberg no son aditivas). Los ribosomas eucariotas tienen una pequeña subunidad 40S (que contiene la subunidad de ARNr 18S) y una subunidad grande 60S (que contiene las subunidades de ARNr 5S, 5.8S y 28S), para un total de 80S. La subunidad pequeña es responsable de unir la plantilla de ARNm, mientras que la subunidad grande se une a los ARNt (discutidos en la siguiente subsección).

Cada molécula de ARNm es traducida simultáneamente por muchos ribosomas, todos sintetizando proteínas en la misma dirección: leyendo el ARNm de 5 'a 3' y sintetizando el polipéptido desde el terminal N al terminal C. La estructura completa que contiene un ARNm con múltiples ribosomas asociados se llama polirribosoma (o polisoma). Tanto en las bacterias como en las arqueas, antes de que se produzca la terminación de la transcripción, cada transcripción que codifica la proteína ya se está utilizando para comenzar la síntesis de numerosas copias del polipéptido codificado porque los procesos de transcripción y traducción pueden ocurrir al mismo tiempo, formando polirribosomas (Figura ( PageIndex {2} )). La razón por la que la transcripción y la traducción pueden ocurrir simultáneamente es porque ambos procesos ocurren en la misma dirección de 5 'a 3', ambos ocurren en el citoplasma de la célula y porque la transcripción de ARN no se procesa una vez que se transcribe. Esto permite que una célula procariota responda a una señal ambiental que requiere nuevas proteínas muy rápidamente. Por el contrario, en las células eucariotas, la transcripción y traducción simultáneas no es posible. Aunque los polirribosomas también se forman en eucariotas, no pueden hacerlo hasta que se complete la síntesis de ARN y la molécula de ARN se haya modificado y transportado fuera del núcleo.

Transferencia de ARN

Los ARN de transferencia (ARNt) son moléculas de ARN estructurales y, según la especie, existen muchos tipos diferentes de ARNt en el citoplasma. Las especies bacterianas suelen tener entre 60 y 90 tipos. Sirviendo como adaptadores, cada tipo de ARNt se une a un codón específico en la plantilla de ARNm y agrega el aminoácido correspondiente a la cadena polipeptídica. Por lo tanto, los ARNt son las moléculas que realmente "traducen" el lenguaje del ARN al lenguaje de las proteínas. Como moléculas adaptadoras de la traducción, es sorprendente que los ARNt puedan encajar tanta especificidad en un paquete tan pequeño. La molécula de tRNA interactúa con tres factores: aminoacil tRNA sintetasas, ribosomas y mRNA.

Los ARNt maduros adquieren una estructura tridimensional cuando las bases complementarias expuestas en la molécula de ARN monocatenario se unen por hidrógeno entre sí (Figura ( PageIndex {3} )). Esta forma coloca el sitio de unión de aminoácidos, llamado extremo de unión de aminoácidos CCA, que es una secuencia de citosina-citosina-adenina en el extremo 3 'del tRNA, y el anticodón en el otro extremo. El anticodón es una secuencia de tres nucleótidos que se une a un codón de ARNm a través del apareamiento de bases complementarias.

Se agrega un aminoácido al final de una molécula de ARNt mediante el proceso de "carga" de ARNt, durante el cual cada molécula de ARNt se une a su aminoácido correcto o afín por un grupo de enzimas llamadas aminoacil ARNt sintetasas. Existe al menos un tipo de aminoacil tRNA sintetasa para cada uno de los 20 aminoácidos. Durante este proceso, el aminoácido se activa primero mediante la adición de monofosfato de adenosina (AMP) y luego se transfiere al ARNt, lo que lo convierte en un ARNt cargado, y se libera AMP.

Ejercicio ( PageIndex {2} )

  1. Describe la estructura y composición del ribosoma procariota.
  2. ¿En qué dirección se lee la plantilla de ARNm?
  3. Describe la estructura y función de un tRNA.

El mecanismo de síntesis de proteínas

La traducción es similar en procariotas y eucariotas. Aquí exploraremos cómo se produce la traducción en E. coli, un procariota representativo, y especificar las diferencias entre la traducción bacteriana y eucariota.

Iniciación

El inicio de la síntesis de proteínas comienza con la formación de un complejo de iniciación. coli, este complejo involucra el pequeño ribosoma 30S, la plantilla de ARNm, tres factores de iniciación que ayudan al ribosoma a ensamblarse correctamente, el trifosfato de guanosina (GTP) que actúa como fuente de energía, y un iniciador especial que transporta ARNt norte-formil-metionina (fMet-tRNAfMet) (Figura ( PageIndex {4} )). El ARNt iniciador interactúa con el codón de inicio AUG del ARNm y transporta una metionina formilada (fMet). Debido a su participación en la iniciación, fMet se inserta al principio (extremo N) de cada cadena polipeptídica sintetizada por E. coli. coli El ARNm, una secuencia líder cadena arriba del primer codón AUG, llamada secuencia de Shine-Dalgarno (también conocida como el sitio de unión ribosomal AGGAGG), interactúa a través del apareamiento de bases complementarias con las moléculas de ARNr que componen el ribosoma. Esta interacción ancla la subunidad ribosómica 30S en la ubicación correcta en la plantilla de ARNm. En este punto, la subunidad ribosómica 50S se une al complejo de iniciación, formando un ribosoma intacto.

En eucariotas, la formación del complejo de iniciación es similar, con las siguientes diferencias:

  • El tRNA iniciador es un tRNA especializado diferente que lleva metionina, llamado Met-tRNAi
  • En lugar de unirse al ARNm en la secuencia de Shine-Dalgarno, el complejo de iniciación eucariota reconoce la tapa 5 'del ARNm eucariota y luego sigue el ARNm en la dirección 5' a 3 'hasta que se reconoce el codón de inicio AUG. En este punto, la subunidad 60S se une al complejo de Met-tRNAi, mRNA y la subunidad 40S.

Alargamiento

En procariotas y eucariotas, los conceptos básicos del alargamiento de la traducción son los mismos. coli, la unión de la subunidad ribosómica 50S para producir el ribosoma intacto forma tres sitios ribosómicos funcionalmente importantes: El sitio A (aminoacilo) se une a los ARNt de aminoacilo cargados entrantes. El sitio P (peptidilo) se une a los ARNt cargados que llevan aminoácidos que han formado enlaces peptídicos con la cadena polipeptídica en crecimiento pero que aún no se han disociado de su ARNt correspondiente. El sitio E (salida) libera ARNt disociados para que puedan recargarse con aminoácidos libres. Hay una excepción notable a esta línea de ensamblaje de tRNA: durante la formación del complejo de iniciación, el fMet-tRNA bacterianofMet o Met-tRNAi eucariota entra en el sitio P directamente sin entrar primero en el sitio A, proporcionando un sitio A libre listo para aceptar el tRNA correspondiente al primer codón después del AUG.

La elongación procede con movimientos de un solo codón del ribosoma, cada uno de los cuales se denomina evento de translocación. Durante cada evento de translocación, los ARNt cargados ingresan en el sitio A, luego se desplazan al sitio P y finalmente al sitio E para su eliminación. Los movimientos ribosomales, o pasos, son inducidos por cambios conformacionales que hacen avanzar al ribosoma por tres bases en la dirección 3 '. Los enlaces peptídicos se forman entre el grupo amino del aminoácido unido al ARNt del sitio A y el grupo carboxilo del aminoácido unido al ARNt del sitio P. La formación de cada enlace peptídico es catalizada por la peptidil transferasa, una ribozima basada en ARN que está integrada en la subunidad ribosómica 50S. El aminoácido unido al ARNt del sitio P también está unido a la cadena polipeptídica en crecimiento. A medida que el ribosoma atraviesa el ARNm, el anterior ARNt del sitio P ingresa al sitio E, se desprende del aminoácido y es expulsado. Varios de los pasos durante el alargamiento, incluida la unión de un ARNt de aminoacilo cargado al sitio A y la translocación, requieren energía derivada de la hidrólisis de GTP, que es catalizada por factores de elongación específicos. Sorprendentemente, el E. coli El aparato de traducción toma solo 0.05 segundos para agregar cada aminoácido, lo que significa que una proteína de 200 aminoácidos se puede traducir en solo 10 segundos.

Terminación

La terminación de la traducción se produce cuando se encuentra un codón sin sentido (UAA, UAG o UGA) para el que no hay ARNt complementario. Al alinearse con el sitio A, estos codones sin sentido son reconocidos por factores de liberación en procariotas y eucariotas que dan como resultado que el aminoácido del sitio P se separe de su ARNt, liberando el polipéptido recién creado. Las subunidades ribosómicas pequeñas y grandes se disocian del ARNm y entre sí; son reclutados casi de inmediato en otro complejo de iniciación a la traducción.

En resumen, hay varias características clave que distinguen la expresión génica procariota de la observada en eucariotas. Estos se ilustran en la Figura ( PageIndex {5} ) y se enumeran en la Figura ( PageIndex {6} ).

Selección, plegado y modificación de proteínas

Durante y después de la traducción, es posible que sea necesario modificar los polipéptidos antes de que sean biológicamente activos. Las modificaciones postraduccionales incluyen:

  1. Eliminación de secuencias de señal traducidas: colas cortas de aminoácidos que ayudan a dirigir una proteína a un compartimento celular específico.
  2. "plegado" adecuado del polipéptido y asociación de múltiples subunidades polipeptídicas, a menudo facilitado por proteínas chaperonas, en una estructura tridimensional distinta
  3. procesamiento proteolítico de un polipéptido inactivo para liberar un componente proteico activo, y
  4. diversas modificaciones químicas (por ejemplo, fosforilación, metilación o glicosilación) de aminoácidos individuales.
  • ¿Cuáles son los componentes del complejo de iniciación para la traducción en procariotas?
  • ¿Cuáles son dos diferencias entre el inicio de la traducción procariota y eucariota?
  • ¿Qué ocurre en cada uno de los tres sitios activos del ribosoma?
  • ¿Qué causa la terminación de la traducción?

Conceptos clave y resumen

  • En traducción, los polipéptidos se sintetizan utilizando secuencias de ARNm y maquinaria celular, incluidos los ARNt que coinciden con el ARNm codones a aminoácidos y ribosomas específicos compuestos de ARN y proteínas que catalizan la reacción.
  • La codigo genetico es degenerar porque varios codones de ARNm codifican los mismos aminoácidos. El código genético es casi universal entre los organismos vivos.
  • Los ribosomas procarióticos (70S) y eucarióticos citoplásmicos (80S) están compuestos cada uno por una subunidad grande y una subunidad pequeña de diferentes tamaños entre los dos grupos. Cada subunidad está compuesta de ARNr y proteína. Los ribosomas de orgánulos en las células eucariotas se parecen a los ribosomas procariotas.
  • En las bacterias existen entre 60 y 90 especies de ARNt. Cada tRNA tiene tres nucleótidos anticodón así como un sitio de unión para un aminoácido afín. Todos los ARNt con un anticodón específico llevarán el mismo aminoácido.
  • Iniciación de traducción ocurre cuando la subunidad ribosomal pequeña se une con factores de iniciación y un ARNt iniciador en el codón de inicio de un ARNm, seguido de la unión al complejo de iniciación de la subunidad ribosómica grande.
  • En las células procariotas, el codón de inicio codifica la N-formil-metionina transportada por un ARNt iniciador especial. En las células eucariotas, el codón de inicio codifica la metionina transportada por un ARNt iniciador especial. Además, mientras que la unión ribosómica del ARNm en procariotas se ve facilitada por la secuencia de Shine-Dalgarno dentro del ARNm, los ribosomas eucariotas se unen al casquete 5 'del ARNm.
  • Durante el alargamiento etapa de la traducción, una ARNt cargado se une al ARNm en el Un sitio del ribosoma; un enlace peptídico se cataliza entre los dos aminoácidos adyacentes, rompiendo el enlace entre el primer aminoácido y su ARNt; el ribosoma mueve un codón a lo largo del ARNm; y el primer ARNt se mueve desde el Sitio P del ribosoma al E sitio y abandona el complejo ribosómico.
  • Terminación de traducción ocurre cuando el ribosoma encuentra un codón de parada, que no codifica un ARNt. Los factores de liberación provocan la liberación del polipéptido y la disociación del complejo ribosómico.
  • En los procariotas, la transcripción y la traducción se pueden acoplar, y la traducción de una molécula de ARNm comienza tan pronto como la transcripción permite suficiente exposición de ARNm para la unión de un ribosoma, antes de la terminación de la transcripción. La transcripción y la traducción no están acopladas en eucariotas porque la transcripción ocurre en el núcleo, mientras que la traducción ocurre en el citoplasma o en asociación con el retículo endoplásmico rugoso.
  • Los polipéptidos a menudo requieren uno o más modificaciones postraduccionales volverse biológicamente activo.

Opción multiple

¿Cuál de los siguientes es el nombre de la secuencia de tres bases en el ARNm que se une a una molécula de ARNt?

A. P sitio
B. codón
C. anticodón
D. Sitio de unión a CCA

B

¿Qué componente es el último en unirse al complejo de iniciación durante el inicio de la traducción?

A. la molécula de ARNm
B. la subunidad ribosomal pequeña
C. la subunidad ribosomal grande
D. el iniciador tRNA

C

Durante el alargamiento en la traducción, ¿a qué sitio ribosómico se une una molécula de ARNt cargada entrante?

A. Un sitio
B. Sitio P
C. Sitio E
D. Sitio B

A

¿Cuál de los siguientes es el aminoácido que aparece en el extremo N de todos los polipéptidos procarióticos y eucarióticos recién traducidos?

A. triptófano
B. metionina
C. selenocisteína
D. glicina

B

Cuando el ribosoma alcanza un codón sin sentido, ¿cuál de los siguientes ocurre?

A. se incorpora una metionina
B. se libera el polipéptido
C. se forma un enlace peptídico
D. el sitio A se une a un ARNt cargado

B

Complete el espacio en blanco

La tercera posición dentro de un codón, en la que los cambios a menudo resultan en la incorporación del mismo aminoácido en el polipéptido en crecimiento, se llama ________.

posición de bamboleo

La enzima que agrega un aminoácido a una molécula de ARNt se llama ________.

aminoacil-tRNA sintetasa

Verdadero Falso

Cada codón dentro del código genético codifica un aminoácido diferente.

Falso

Respuesta corta

¿Por qué termina la traducción cuando el ribosoma alcanza un codón de parada? ¿Lo que sucede?

¿En qué se diferencia el proceso de traducción entre procariotas y eucariotas?

¿Qué se entiende por que el código genético es casi universal?

A continuación se muestra una secuencia de ADN antisentido. Traducir la molécula de ARNm sintetizada usando el código genético, registrando la secuencia de aminoácidos resultante, indicando los extremos N y C.

Cadena de ADN antisentido: 3’-T A C T G A C T G A C G A T C-5 ’

Pensamiento crítico

Etiquete lo siguiente en la figura: sitios ribosómicos E, P y A; ARNm; codones; anticodones; polipéptido en crecimiento; aminoácido entrante; dirección de la translocación; pequeña unidad ribosomal; gran unidad ribosomal.

Antes de la elucidación del código genético, científicos prominentes, incluido Francis Crick, habían predicho que cada codón de ARNm, que codifica uno de los 20 aminoácidos, debía tener al menos tres nucleótidos de longitud. ¿Por qué no es posible que los codones sean más cortos?


Fajarv

Es esencialmente una traducción de una secuencia de nucleótidos de código a otra secuencia de aminoácidos de código. La síntesis de proteínas es el proceso mediante el cual las células individuales construyen proteínas.


Wikipedia sobre la biosíntesis de proteínas

El proceso de elaboración de esta molécula mensajera se conoce como transcripción y consta de varios pasos.

Traducción de los pasos de la síntesis de proteínas con imágenes. Transcripción y traducción de replicación. La segunda etapa de la traducción de proteínas. El dogma central de la biología molecular generalmente explica cómo fluye la información genética dentro de los sistemas biológicos.

Empiece a estudiar la síntesis de proteínas sin imágenes. Su trabajo es traducir el mensaje dentro de la secuencia de nucleótidos de mrna a una secuencia de aminoácidos específica. La traducción es la segunda fase de la producción de proteínas después de la transcripción de la codificación del adn en direcciones para el ensamblaje de proteínas en forma de mrna.

El ARN de transferencia tiene la forma de una hoja de trébol con tres vueltas. En rna c a gy de a a u. 1 requerimiento de los componentes 2 activación de aminoácidos 3 síntesis de proteínas propiamente 4 chaperonas y plegamiento de proteínas y 5 modificaciones postraduccionales de proteínas.

Los pasos de la síntesis de proteínas el proceso por el cual la información genética se convierte en proteínas son la traducción de la transcripción y, en algunos casos, la modificación postraduccional y el plegamiento de proteínas, las proteínas son unidades biológicas funcionales compuestas por cadenas bioquímicas plegadas que están involucradas en casi todos los procesos químicos que tienen lugar dentro del cuerpo. incluida la respuesta inmune. La transferencia de ARN juega un papel muy importante en la síntesis y traducción de proteínas. Pasos de la síntesis de proteínas.

Tanto el ácido desoxirribonucleico como todos los tipos de ácido ribonucleico están involucrados en este proceso. Las enzimas del núcleo de las células comienzan el proceso de síntesis de proteínas desenrollando la sección necesaria de ADN para que se pueda producir el ARN. Durante el paso de elongación, la cadena polipeptídica agrega aminoácidos al extremo carboxilo; la proteína de la cadena crece a medida que el ribosoma se mueve desde el extremo 5 al extremo 3 del mrna. En particular, se divide en tres pasos principales.

Las cinco etapas son. Este artículo arroja luz sobre las cinco etapas de la biosíntesis de proteínas. Aprenda términos de vocabulario y más con juegos de tarjetas y otras herramientas de estudio.

En este artículo se le presentará el proceso de síntesis de proteínas, también conocido como traducción. El alargamiento de la traducción es el segundo paso en la síntesis de proteínas. La traducción es el proceso que toma la información transmitida por el ADN como mensajero del ARN y la convierte en una serie de aminoácidos unidos por enlaces peptídicos.

¿Cómo produce una célula sólo las proteínas que necesita? Estas preguntas se responden a medida que exploramos las etapas de síntesis de proteínas y el proceso de producción de proteínas. El ADN se replica y luego se transcribe a ARNm finalmente se convierte en proteínas por traducción. La traducción en la síntesis de proteínas se refiere a la fase de ensamblaje de proteínas en las células donde se decodifica el ARN para producir una cadena de aminoácidos.

Estas secuencias se unen para formar una proteína. La síntesis de proteínas que implica la traducción de la secuencia de bases de nucleótidos de mrna al lenguaje de los aminoácidos. En adn c a gy a a t.

El ARN se forma como una copia de un lado de la hebra de ADN y se envía a otras áreas del ADN.


Etapas del artículo de traducción Khan Academy


Síntesis de proteínas Enciclopedia Química Estructura Proteínas


Síntesis de proteínas


Pasos de la síntesis de proteínas en relación con la traducción


Terminación de la síntesis de proteínas


9 5 Cómo se regulan los genes Conceptos de biología 1er canadiense


Traducción de Mrna a elongación de iniciación de proteínas


Traducción Síntesis de proteínas A Nivel Notas de revisión de biología


Síntesis de proteínas: transcripción y traducción

Aquí está la tercera conferencia BIO101 (del 8 de mayo de 2006). Una vez más, agradecería los comentarios sobre la corrección, así como las sugerencias para mejorar.

El ADN es una molécula larga de doble hebra que reside dentro del núcleo de cada célula. Suele estar muy enrollado formando cromosomas en los que está protegido por proteínas.

Cada una de las dos hebras de la molécula de ADN es una cadena de moléculas más pequeñas. Cada eslabón de la cadena está compuesto por una molécula de azúcar, una molécula de fosfato y una molécula de nucleótido. Hay cuatro tipos de nucleótidos (o 'bases') en el ADN: adenina (A), timina (T), guanina (G) y citosina (C). Las dos hebras de ADN están estructuradas de tal manera que una adenina en una hebra siempre está unida a una timina en la otra hebra, y la guanina de una hebra siempre está unida a la citosina en la otra hebra. Por lo tanto, las dos hebras de la molécula de ADN son imágenes especulares entre sí.

La secuencia exacta de nucleótidos en una hebra de ADN es el código genético. El código genético total de todo el ADN de todos los cromosomas es el genoma. Cada célula del cuerpo tiene exactamente los mismos cromosomas y exactamente el mismo genoma (con algunas excepciones que cubriremos más adelante).

Un gen es una pequeña porción del genoma, una secuencia de nucleótidos que se expresa en conjunto y codifica una sola molécula de proteína (polipéptido).

La célula usa los genes para sintetizar proteínas. Este es un proceso de dos pasos. El primer paso es la transcripción en la que la secuencia de un gen se replica en una molécula de ARN. El segundo paso es la traducción en la que la molécula de ARN sirve como código para la formación de una cadena de aminoácidos (un polipéptido).

Para que un gen se exprese, es decir, se traduzca en ARN, esa parte del ADN debe desenrollarse y liberarse de las proteínas protectoras. Una enzima, llamada ADN polimerasa, lee el código de ADN (la secuencia de bases en una de las dos hebras de la molécula de ADN) y construye una cadena monocatenaria de la molécula de ARN. Nuevamente, donde hay una G en el ADN, habrá C en el ARN y viceversa. En lugar de timina, el ARN tiene uracilo (U). Donde sea que haya una A en la cadena de ADN, habrá una U en el ARN, y donde haya una T en la molécula de ADN, habrá una A en el ARN.

Una vez que se transcribe todo el gen (de 100 a 10000 de bases seguidas), la molécula de ARN se desprende. El ARN (llamado ARN mensajero o ARNm) puede modificarse adicionalmente mediante la adición de más bases A en su cola, mediante la adición de otras moléculas pequeñas a algunos de los nucleótidos y mediante la escisión de algunas porciones (intrones) fuera de la cadena. La eliminación de intrones (las regiones no codificantes) y la unión de los segmentos restantes (exones) en una sola cadena nuevamente se denomina empalme de ARN. El empalme de ARN permite que un gen codifique múltiples tipos de proteínas relacionadas, ya que varios factores de la célula pueden controlar patrones alternativos de empalme.

A diferencia del ADN, la molécula de ARNm es capaz de salir del núcleo a través de los poros de la membrana nuclear. Entra en el retículo endoplasmático y se adhiere a una de las membranas del RE rugoso.

Tres tipos de ARN están involucrados en el proceso de traducción: ARNm que lleva el código del gen, ARNr que ayuda en la formación del ribosoma y ARNt que trae aminoácidos individuales al ribosoma. La traducción está controlada por varias enzimas que reconocen secuencias de nucleótidos específicas.

El código genético (secuencia de nucleótidos de un gen) se traduce en un polipéptido (secuencia de aminoácidos de una proteína) de forma 3 a 1. Tres nucleótidos seguidos codifican un aminoácido. Hay un total de 20 aminoácidos que se utilizan para construir todas las proteínas de nuestro cuerpo. Algunos aminoácidos están codificados por un único código triplete o codón. Otros aminoácidos pueden estar codificados por varias secuencias de ARN diferentes. También hay una secuencia START (que codifica fMet) y una secuencia STOP que no codifica ningún aminoácido. El código genético es (casi) universal. Excepto por unos pocos microorganismos, toda la vida usa el mismo código genético.

Cuando el ribosoma se ensambla alrededor de una molécula de ARNm, la traducción comienza con la lectura del primer triplete. Las pequeñas moléculas de ARNt introducen los aminoácidos individuales y los unen al ARNm, así como entre sí, formando una cadena de aminoácidos. Cuando se alcanza una señal de parada, todo el complejo se disocia. Luego, el ribosoma, el ARNm, los ARNt y las enzimas se degradan o se reutilizan para otro evento de traducción.

Síntesis de proteínas: modificaciones postraduccionales

La traducción del código de ADN / ARN en una secuencia de aminoácidos es solo el comienzo del proceso de síntesis de proteínas.

La secuencia exacta de aminoácidos en una cadena polipeptídica es la estructura primaria de la proteína.

Como los diferentes aminoácidos son moléculas de formas, tamaños y polaridades eléctricas algo diferentes, reaccionan entre sí. Las fuerzas atractivas y repulsivas entre los aminoácidos hacen que la cadena se pliegue de varias formas. La forma tridimensional de la cadena polipeptídica debido a las propiedades químicas de los aminoácidos que la componen se denomina estructura secundaria de la proteína.

Las enzimas llamadas chaperoninas modifican aún más la estructura tridimensional de la proteína plegándola de formas particulares. La estructura 3D de una proteína es su propiedad más importante, ya que la funcionalidad de una proteína depende de su forma: puede reaccionar con otras moléculas solo si las dos moléculas encajan entre sí como una llave y un candado. La estructura 3D de la proteína completamente plegada es su estructura terciaria.

Los priones, las causas de enfermedades como la enfermedad de las vacas locas, la sarna y la enfermedad de Kreutzfeld-Jacob, son proteínas. La estructura primaria y secundaria del prión es casi idéntica a las proteínas que se expresan normalmente en nuestras células cerebrales, pero la estructura terciaria es diferente: se pliegan en diferentes formas. Cuando un prión ingresa a una célula cerebral sana, es capaz de desnaturalizar (desenrollar) la proteína nativa y luego remodelarla en la misma forma que el prión. Por lo tanto, una molécula de prión hace dos: esos dos continúan y suman cuatro, esos cuatro hacen ocho, y así sucesivamente, hasta que todo el cerebro es solo una masa esponjosa licuada.

Otro aspecto de la estructura terciaria de la proteína es la adición de pequeñas moléculas a la cadena. Por ejemplo, los grupos fosfato pueden estar unidos a la proteína (dándole energía adicional). Además, las cadenas cortas de azúcares suelen estar unidas al final de la proteína. Estas cadenas de azúcar sirven como "etiquetas de código postal" para la proteína, informando a las moléculas portadoras exactamente hacia dónde debe transportarse esta proteína en la célula (generalmente dentro de las vesículas que brotan del RER o del aparato de Golgi). Los elementos del citoesqueleto se utilizan como conductos ("ascensores y escaleras mecánicas") para transportar las proteínas al lugar de la célula en que se necesitan.

Muchas proteínas están compuestas por más de una cadena polipeptídica. Por ejemplo, la hemoglobina se forma uniendo cuatro subunidades. Cada subunidad también tiene una molécula de hemo unida a ella y un ion de hierro unido al hemo (este hierro es donde el oxígeno se une a la hemogolobina). Esta estructura más grande y compleja de la proteína es su estructura cuaternaria.

Peter H. Raven, George B. Johnson, Jonathan B. Losos y Susan R. Singer, Biology (séptima edición), McGraw-Hill Co. NY, Capítulos 3, 14 y 15.


Síntesis de proteínas

Se mencionó anteriormente que el ADN proporciona un "modelo" para la estructura y fisiología celular. Esto se refiere al hecho de que el ADN contiene la información necesaria para que la célula construya un tipo de molécula muy importante: la proteína. La mayoría de los componentes estructurales de la célula están formados, al menos en parte, por proteínas y prácticamente todas las funciones que realiza una célula se completan con la ayuda de proteínas. Una de las clases de proteínas más importantes son las enzimas, que ayudan a acelerar las reacciones bioquímicas necesarias que tienen lugar dentro de la célula. Algunas de estas reacciones bioquímicas críticas incluyen la construcción de moléculas más grandes a partir de componentes más pequeños (como ocurre durante la replicación del ADN o la síntesis de microtúbulos) y la descomposición de moléculas más grandes en componentes más pequeños (como cuando se recolecta energía química de moléculas de nutrientes). Cualquiera que sea el proceso celular, es casi seguro que involucre proteínas. Así como el genoma de la célula describe su complemento completo de ADN, el proteoma de una célula es su complemento completo de proteínas. La síntesis de proteínas comienza con los genes. Un gen es un segmento funcional de ADN que proporciona la información genética necesaria para construir una proteína. Cada gen en particular proporciona el código necesario para construir una proteína en particular. La expresión génica, que transforma la información codificada en un gen en un producto génico final, dicta en última instancia la estructura y función de una célula al determinar qué proteínas se producen.

La interpretación de genes funciona de la siguiente manera. Recuerde que las proteínas son polímeros o cadenas de muchos componentes básicos de aminoácidos. La secuencia de bases en un gen (es decir, su secuencia de nucleótidos A, T, C, G) se traduce en una secuencia de aminoácidos. Un triplete es una sección de tres bases de ADN en una fila que codifica un aminoácido específico. Similar a la forma en que el código de tres letras perro señala la imagen de un perro, el código base de ADN de tres letras señala el uso de un aminoácido en particular. Por ejemplo, el triplete de ADN CAC (citosina, adenina y citosina) especifica el aminoácido valina. Por lo tanto, un gen, que se compone de múltiples tripletes en una secuencia única, proporciona el código para construir una proteína completa, con múltiples aminoácidos en la secuencia adecuada ((Figura)). El mecanismo por el cual las células convierten el código de ADN en un producto proteico es un proceso de dos pasos, con una molécula de ARN como intermedio.

Del ADN al ARN: transcripción

El ADN está alojado dentro del núcleo y la síntesis de proteínas tiene lugar en el citoplasma, por lo que debe haber algún tipo de mensajero intermedio que abandone el núcleo y gestione la síntesis de proteínas. Este mensajero intermedio es el ARN mensajero (ARNm), un ácido nucleico monocatenario que lleva una copia del código genético de un solo gen fuera del núcleo y dentro del citoplasma donde se utiliza para producir proteínas.

Hay varios tipos diferentes de ARN, cada uno con diferentes funciones en la célula. La estructura del ARN es similar a la del ADN con algunas pequeñas excepciones. Por un lado, a diferencia del ADN, la mayoría de los tipos de ARN, incluido el ARNm, son monocatenarios y no contienen cadenas complementarias. En segundo lugar, el azúcar ribosa en el ARN contiene un átomo de oxígeno adicional en comparación con el ADN. Finalmente, en lugar de la base timina, el ARN contiene la base uracilo. Esto significa que la adenina siempre se emparejará con el uracilo durante el proceso de síntesis de proteínas.

La expresión génica comienza con el proceso llamado transcripción, que es la síntesis de una hebra de ARNm que es complementaria al gen de interés. Este proceso se llama transcripción porque el ARNm es como una transcripción o copia del código de ADN del gen. La transcripción comienza de una manera similar a la replicación del ADN, en el sentido de que una región del ADN se desenrolla y las dos hebras se separan, sin embargo, solo esa pequeña porción del ADN se dividirá. Los tripletes dentro del gen en esta sección de la molécula de ADN se utilizan como plantilla para transcribir la hebra complementaria de ARN ((Figura)). Un codón es una secuencia de ARNm de tres bases, así llamado porque codifica directamente aminoácidos. Al igual que la replicación del ADN, la transcripción tiene tres etapas: inicio, alargamiento y terminación.

Etapa 1: Iniciación. Una región al comienzo del gen llamada promotor, una secuencia particular de nucleótidos, desencadena el inicio de la transcripción.

Etapa 2: Alargamiento. La transcripción comienza cuando la ARN polimerasa desenrolla el segmento de ADN. Una hebra, denominada hebra codificante, se convierte en la plantilla con los genes que se codificarán. Luego, la polimerasa alinea el ácido nucleico correcto (A, C, G o U) con su base complementaria en la cadena codificante de ADN. La ARN polimerasa es una enzima que agrega nuevos nucleótidos a una cadena de ARN en crecimiento. Este proceso crea una hebra de ARNm.

Etapa 3: Terminación. Cuando la polimerasa ha llegado al final del gen, uno de los tres tripletes específicos (UAA, UAG o UGA) codifica una señal de "parada", que activa las enzimas para terminar la transcripción y liberar la transcripción del ARNm.

Antes de que la molécula de ARNm abandone el núcleo y proceda a la síntesis de proteínas, se modifica de varias formas. Por esta razón, a menudo se le llama pre-ARNm en esta etapa. Por ejemplo, su ADN, y por lo tanto el ARNm complementario, contiene regiones largas llamadas regiones no codificantes que no codifican aminoácidos. Su función sigue siendo un misterio, pero el proceso llamado empalme elimina estas regiones no codificantes de la transcripción de pre-ARNm ((Figura)). Un espliceosoma, una estructura compuesta de varias proteínas y otras moléculas, se adhiere al ARNm y “empalma” o corta las regiones no codificantes. El segmento eliminado de la transcripción se llama intrón. Los exones restantes se pegan juntos. Un exón es un segmento de ARN que permanece después del corte y empalme. Curiosamente, algunos intrones que se eliminan del ARNm no siempre son no codificantes. Cuando se cortan y empalman diferentes regiones codificantes de ARNm, eventualmente resultarán diferentes variaciones de la proteína, con diferencias en estructura y función. Este proceso da como resultado una variedad mucho mayor de posibles proteínas y funciones proteicas. Cuando la transcripción de ARNm está lista, sale del núcleo y entra en el citoplasma.

Del ARN a la proteína: traducción

Como traducir un libro de un idioma a otro, los codones de una hebra de ARNm deben traducirse al alfabeto de aminoácidos de las proteínas. La traducción es el proceso de sintetizar una cadena de aminoácidos llamada polipéptido. La traducción requiere dos ayudas principales: primero, un "traductor", la molécula que realizará la traducción, y segundo, un sustrato en el que la cadena de ARNm se traduce en una nueva proteína, como el "escritorio" del traductor. Ambos requisitos los cumplen otros tipos de ARN. El sustrato sobre el que tiene lugar la traducción es el ribosoma.

Recuerde que muchos de los ribosomas de una célula se encuentran asociados al RE rugoso y realizan la síntesis de proteínas destinadas al aparato de Golgi. El ARN ribosómico (ARNr) es un tipo de ARN que, junto con las proteínas, compone la estructura del ribosoma. Los ribosomas existen en el citoplasma como dos componentes distintos, una subunidad pequeña y otra grande. Cuando una molécula de ARNm está lista para ser traducida, las dos subunidades se unen y se unen al ARNm. El ribosoma proporciona un sustrato para la traducción, uniendo y alineando la molécula de ARNm con los “traductores” moleculares que deben descifrar su código.

El otro requisito importante para la síntesis de proteínas son las moléculas traductoras que "leen" físicamente los codones del ARNm. El ARN de transferencia (ARNt) es un tipo de ARN que transporta los aminoácidos correspondientes correspondientes al ribosoma y une cada nuevo aminoácido al último, construyendo la cadena polipeptídica una por una. Por tanto, el ARNt transfiere aminoácidos específicos del citoplasma a un polipéptido en crecimiento. Las moléculas de ARNt deben ser capaces de reconocer los codones del ARNm y relacionarlos con el aminoácido correcto. El tRNA se modifica para esta función. En un extremo de su estructura hay un sitio de unión para un aminoácido específico. En el otro extremo hay una secuencia de bases que coincide con el codón que especifica su aminoácido particular.Esta secuencia de tres bases en la molécula de ARNt se llama anticodón. Por ejemplo, un ARNt responsable de transportar el aminoácido glicina contiene un sitio de unión para la glicina en un extremo. En el otro extremo, contiene un anticodón que complementa el codón de glicina (GGA es un codón de glicina, por lo que el anticodón de ARNt leería CCU). Equipada con su carga particular y su anticodón coincidente, una molécula de ARNt puede leer su codón de ARNm reconocido y llevar el aminoácido correspondiente a la cadena en crecimiento ((Figura)).

Al igual que los procesos de replicación y transcripción del ADN, la traducción consta de tres etapas principales: inicio, alargamiento y terminación. La iniciación tiene lugar con la unión de un ribosoma a una transcripción de ARNm. La etapa de elongación implica el reconocimiento de un anticodón de ARNt con el siguiente codón de ARNm en la secuencia. Una vez que se unen las secuencias de anticodón y codón (recuerde, son pares de bases complementarias), el ARNt presenta su carga de aminoácidos y la cadena polipeptídica en crecimiento se une al siguiente aminoácido. Este apego se lleva a cabo con la ayuda de varias enzimas y requiere energía. La molécula de ARNt luego libera la cadena de ARNm, la cadena de ARNm desplaza un codón en el ribosoma y el siguiente ARNt apropiado llega con su anticodón correspondiente. Este proceso continúa hasta que se alcanza el codón final en el ARNm que proporciona un mensaje de "parada" que indica la terminación de la traducción y desencadena la liberación de la proteína completa recién sintetizada. Por lo tanto, un gen dentro de la molécula de ADN se transcribe en ARNm, que luego se traduce en un producto proteico ((Figura)).

Por lo general, una transcripción de ARNm será traducida simultáneamente por varios ribosomas adyacentes. Esto aumenta la eficiencia de la síntesis de proteínas. Un solo ribosoma podría traducir una molécula de ARNm en aproximadamente un minuto, por lo que varios ribosomas en una sola transcripción podrían producir varias veces la cantidad de la misma proteína en el mismo minuto. Un polirribosoma es una cadena de ribosomas que traducen una sola cadena de ARNm.

Mire este video para aprender sobre los ribosomas. El ribosoma se une a la molécula de ARNm para iniciar la traducción de su código en una proteína. ¿Qué sucede con las subunidades ribosómicas pequeñas y grandes al final de la traducción?

Revisión del capítulo

El ADN almacena la información necesaria para instruir a la célula a realizar todas sus funciones. Las células utilizan el código genético almacenado en el ADN para construir proteínas, que en última instancia determinan la estructura y función de la célula. Este código genético se encuentra en la secuencia particular de nucleótidos que componen cada gen a lo largo de la molécula de ADN. Para "leer" este código, la celda debe realizar dos pasos secuenciales. En el primer paso, la transcripción, el código de ADN se convierte en un código de ARN. Una molécula de ARN mensajero que es complementaria a un gen específico se sintetiza en un proceso similar a la replicación del ADN. La molécula de ARNm proporciona el código para sintetizar una proteína. En el proceso de traducción, el ARNm se adhiere a un ribosoma. A continuación, las moléculas de ARNt transportan los aminoácidos apropiados al ribosoma, uno por uno, codificados por codones triplete secuenciales en el ARNm, hasta que la proteína se sintetiza por completo. Cuando se completa, el ARNm se desprende del ribosoma y se libera la proteína. Normalmente, múltiples ribosomas se unen a una sola molécula de ARNm a la vez, de modo que se pueden fabricar múltiples proteínas a partir del ARNm al mismo tiempo.

Preguntas sobre enlaces interactivos

Mire este video para aprender sobre los ribosomas. El ribosoma se une a la molécula de ARNm para iniciar la traducción de su código en una proteína. ¿Qué sucede con las subunidades ribosómicas pequeñas y grandes al final de la traducción?

Se separan y se mueven y son libres de unirse a la traducción de otros segmentos de ARNm.

Preguntas de revisión

¿Cuál de los siguientes es no una diferencia entre el ADN y el ARN?

  1. El ADN contiene timina, mientras que el ARN contiene uracilo
  2. El ADN contiene desoxirribosa y el ARN contiene ribosa
  3. El ADN contiene moléculas alternas de azúcar-fosfato, mientras que el ARN no contiene azúcares.
  4. El ARN es monocatenario y el ADN es bicatenario

La transcripción y traducción se realizan en ________ y ​​________, respectivamente.

  1. citoplasma del núcleo
  2. nucleolo nucleolo
  3. citoplasma del nucleolo
  4. núcleo del citoplasma

¿Cuántas “letras” de una molécula de ARN, en secuencia, se necesitan para proporcionar el código de un solo aminoácido?

¿Cuál de los siguientes es no hecho de ARN?

  1. los portadores que mezclan los aminoácidos en una cadena polipeptídica en crecimiento
  2. el ribosoma
  3. la molécula mensajera que proporciona el código para la síntesis de proteínas
  4. el intrón

Preguntas de pensamiento crítico

Explique brevemente las similitudes entre la transcripción y la replicación del ADN.

La transcripción y la replicación del ADN implican la síntesis de ácidos nucleicos. Estos procesos comparten muchas características comunes, en particular, los procesos similares de iniciación, alargamiento y terminación. En ambos casos, la molécula de ADN debe desenrollarse y separarse, y la hebra codificante (es decir, con sentido) se utilizará como plantilla. Además, las polimerasas sirven para añadir nucleótidos a la cadena de ADN o ARNm en crecimiento. Ambos procesos están señalizados para terminar cuando se completen.

Contraste de transcripción y traducción. Nombra al menos tres diferencias entre los dos procesos.

La transcripción es realmente un proceso de "copia" y la traducción es realmente un proceso de "interpretación", porque la transcripción implica copiar el mensaje de ADN en un mensaje de ARN muy similar, mientras que la traducción implica convertir el mensaje de ARN en un mensaje de aminoácidos muy diferente. Los dos procesos también difieren en su ubicación: la transcripción ocurre en el núcleo y la traducción en el citoplasma. Los mecanismos mediante los cuales se realizan los dos procesos también son completamente diferentes: la transcripción utiliza enzimas polimerasas para construir ARNm, mientras que la traducción utiliza diferentes tipos de ARN para construir proteínas.

Glosario


El elemento clave de la síntesis de proteínas.

Hay cuatro elementos principales que se utilizan en la síntesis de proteínas:

1). Transferir ARN (ARNt) :

Para comprender cómo el ARNt puede servir como un adaptador en la traducción del lenguaje de los ácidos nucleicos al lenguaje de las proteínas, primero debemos examinar su estructura con más detalle.

Los ARNt de las bacterias tienen entre 73 y 93 residuos de nucleótidos.

Las células tienen al menos un tipo de tRNA para cada aminoácido, se requieren al menos 32 tRNA para reconocer todos los codones de aminoácidos (algunos tRNA reconocen más de un codón). Pero algunas células usan más de 32.

Como se muestra en la figura, todos los ARN t tienen un patrón de enlaces de hidrógeno que forma una estructura en forma de hoja de trébol con cuatro brazos. Los ARNt más largos tienen un quinto brazo más corto o un brazo adicional.

Dos de los brazos de un tRNA son críticos para su función de adaptador.

El brazo de aminoácidos puede llevar una esterificación de aminoácidos específica por su grupo carboxilo al grupo hidroxilo 2 'o 3' del residuo A en el extremo 3 'del ARNt.

El brazo del anticodón contiene el anticodón.

Los otros brazos principales son el brazo D y el brazo TψC que contribuyen a interacciones importantes para el plegamiento general de las moléculas de tRNA, y el brazo TψC interactúa con la subunidad grande del rRNA.

2). Aminoácido activado

Para que se produzca la traducción, un suministro inmediato de moléculas de ARNt transporta el aminoácido correcto que se debe requerir.

Por tanto, un paso preparatorio para la síntesis de proteínas es la activación de aminoácidos. El proceso en el que el aminoácido se une a las moléculas de ARNt.

Aquí, la enzima llamada aminoacil-tRNA sintetasas cataliza la activación de aminoácidos.

En ese caso, el aminoácido se une al enlace de alta energía. El almacenamiento de energía en este enlace proporciona el combustible necesario para generar el enlace peptídico cuando el aminoácido se agrega a la cadena peptídica en crecimiento.

Hay al menos 20 aminoacil-tRNA sintetasas, cada una específica para un solo aminoácido y su tRNA.

Cada tRNA debe unir el aminoácido correspondiente. Porque si un aminoácido incorrecto se une al ARNt. Se incorporará a un polipéptido en lugar del aminoácido correcto.

La maquinaria de síntesis de proteínas reconoce solo el anticodón del aminoacil-tRNA y no puede decir si está unido el aminoácido correcto.

Algunas aminoacil-tRNA sintetasas se revisan como lo hacen las ADN polimerasas.

Si el aminoácido incorrecto se une al ARNt, la enzima hidroliza el aminoácido ARNt, en lugar de liberar el producto incorrecto.

3). Ribosomas (ARNr)

La síntesis de proteínas tiene lugar en los ribosomas que sirven como bancos de trabajo. Con el ARNm, actúa como modelo.

Recuerde que el ribosoma está formado por dos subunidades, la subunidad grande y la subunidad pequeña.

Aquí, discutimos el ribosoma de acuerdo con su función en la síntesis de proteínas.

El ribosoma bacteriano contiene 65% de ARNr y 35% de proteína.

El ribosoma se puede dividir en dos dominios funcionales, el primero es el dominio traduccional y el segundo es el salir del dominio.

Ambas subunidades contribuyen a la formación del dominio de traducción, que interactúa con los ARNt y es responsable de formar enlaces peptídicos.

como vemos en la figura, el dominio de salida se encuentra solo en la subunidad grande. Tres sitios se encuentran dentro del dominio de traducción para unir ARNt: sitios A, P y E.

La Un sitio (aminoacilo o aceptor) recibe ARNt que lleva un aminoácido necesario para la síntesis de proteínas.

La Sitio P (peptidilo o donante) contiene un ARNt unido al polipéptido en crecimiento.

La Sitio E (salida) es la ubicación desde la cual los ARNt vacíos salen del ribosoma.

Se cree que el ARN ribosómico (ARNr) tiene tres funciones.

1). Todas sus moléculas de ARNr contribuyen a la estructura del ribosoma.

2). El rRNA 16S de la subunidad 30S es necesario para el inicio de la síntesis de proteínas porque su extremo 3 'se une a un sitio en el líder del mRNA llamado Secuencia Shine-Dalgarno.

Por lo tanto, la Secuencia Shine-Dalgarno de parte del sitio de unión al ribosoma (RBS).

Esto ayuda a que el ARNr se coloque en el ribosoma. El ARNr 16S también se une a la proteína necesaria para iniciar la traducción (factor de iniciación 3)

3. El ARNr 23S es un ribosoma que cataliza la formación de enlaces peptídicos.

4). ARN mensajero (ARNm)

El ARN mensajero (ARNm) es la molécula de la célula que transporta los códigos del ADN a los sitios de síntesis de proteínas en los ribosomas.

Porque la información del ADN no se puede decodificar directamente en proteínas. Primero se transcribe en ARNm (ver Transcripción).

Cada molécula de ARNm codifica la información de una o más proteínas en las bacterias.


Una rampa de traslación corta determina la eficiencia de la síntesis de proteínas.

El inicio de la traducción es un paso importante que limita la velocidad de la síntesis de proteínas. Sin embargo, estudios recientes sugieren fuertemente que la eficiencia de la síntesis de proteínas está regulada adicionalmente por múltiples factores que impactan en la fase de elongación. Para evaluar la influencia del alargamiento temprano en la síntesis de proteínas, empleamos una biblioteca de más de 250.000 indicadores combinados con ensayos de expresión de proteínas in vitro e in vivo. Aquí informamos que la identidad de los aminoácidos codificados por los codones 3 a 5 impactan el rendimiento de la proteína. Este efecto es independiente de la abundancia de ARNt, la eficiencia de inicio de la traducción o la estructura general del ARNm. Las mediciones de una sola molécula de la cinética de traducción revelaron una pausa del ribosoma y una síntesis de proteínas abortada en los codones 4 y 5 de distintas composiciones de aminoácidos y nucleótidos. Finalmente, la introducción de motivos de secuencia preferidos solo en posiciones de codones específicas mejora la eficiencia de síntesis de proteínas para proteínas recombinantes. En conjunto, nuestros datos subrayan el papel fundamental de los eventos de alargamiento tempranos en el control de traducción de la expresión génica.

Declaracion de conflicto de interes

Los autores declaran no tener conflictos de intereses.

Cifras

Fig. 1. La pantalla basada en fluorescencia identifica grandes diferencias ...

Fig. 1. La pantalla basada en fluorescencia identifica grandes diferencias en la síntesis de proteínas como resultado de ...

Fig. 2. Efecto del contenido A-U y…

Fig. 2. Efecto del contenido de A-U y la estructura del ARN sobre la expresión de proteínas.

Fig. 3. Identificación de motivos que se correlacionan ...

Fig. 3. Identificación de motivos que se correlacionan con la puntuación de GFP.

Fig. 4. Análisis del efecto de…

Fig. 4. Análisis del efecto de motivos en bacterias in vitro e in vivo ...

Fig. 5. La posición y el contexto de…

Fig. 5. La posición y el contexto de los motivos alrededor del codón de iniciación es fundamental ...

Fig. 6. La identidad del primero ...

Fig. 6. La identidad de los primeros 5 aminoácidos impacta la síntesis de proteínas en un…

Fig. 7. Ensayo smFRET para monitorizar la traducción…

Fig. 7. Ensayo smFRET para monitorear la traducción del codón 3-5.

Fig. 8. Analizando tRNA y aminoácidos…

Fig. 8. Análisis de las contribuciones de ARNt y aminoácidos a la traducción abortiva del codón 3-5.

Fig. 9. Modelo de regulación traslacional de…

Fig. 9. Modelo para la regulación de la traducción mediante la identidad de la secuencia N-terminal.


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Sinaptosomas

Síntesis de proteínas

La traducción de proteínas postsinápticas se demostró en varios tipos de preparaciones de sinaptosomas y se correlacionó con la presencia de ribosomas. La sorprendente longevidad de la preparación sinaptoneurosomal y la naturaleza particulada de la suspensión hacen que esta preparación sea ventajosa para el análisis de la dinámica de reacción basada en el muestreo rápido repetido de las mismas alícuotas.

Scheetz había demostrado, utilizando sinaptoneurosomas de rana tectum, que ARNm específicos, como el que codifica α-proteína quinasa II dependiente de calmodulina (CaMKII), se traducen gradualmente durante los 75 minutos siguientes norteActivación de -metil- d -aspartato (NMDA), en un contexto de reducción de la traducción de la proteína total. Para observar eventos más rápidos, aprovechamos la naturaleza uniforme de una suspensión de sinaptoneurosoma neocortical para tomar muestras seriadas de una sola preparación, divididas en alícuotas sin tratar y tratadas con agonistas. Descubrimos que la despolarización por K + 40 mM desencadenaba rápidamente la traducción de proteínas, como lo muestra un cambio de ARN en fracciones polirribosomales dentro de 1 minuto de estimulación. Mediante la aplicación de quelantes de Ca 2+ extracelulares e intracelulares a las alícuotas de una sola preparación y el uso de agonistas y antagonistas específicos para los receptores de glutamato ionotrópicos o metabotrópicos, pudimos demostrar que los receptores de glutamato metabotrópicos del grupo I son más eficaces para desencadenar una síntesis de proteínas postsinápticas rápida activando una cascada de segundo mensajero centrada en la proteína quinasa C (PKC). A continuación, comparamos los ARNm que se encuentran en las fracciones de polirribosomas derivados de sinaptoneurosomas estimulados y no estimulados y descubrimos que la proteína de retraso mental X frágil (FMRP) se encuentra entre las proteínas que se sintetizan rápidamente después de la estimulación sináptica. Estudios posteriores han revelado que la síntesis rápida de FMRP sináptica depende de la activación de las vías de señalización de la proteína quinasa activada por mitógenos (MAPK) y que esta vía no desencadena la síntesis rápida de proteínas en los sinaptoneurosomas neocorticales de ratones que carecen de una función funcional. Fmr1 gene. Por lo tanto, al menos alguna traducción que tiene lugar en la sinapsis requiere FMRP funcional, lo que sugiere que el transporte y / o traducción alterados de los ARNm regulados por FMRP pueden ser la base de algunos síntomas del síndrome de X frágil.

La sorprendente robustez de los sinaptosomas los convierte en un candidato atractivo para el análisis de vías bioquímicas. Los sistemas de enzimas unidas a la sinapsis son lo suficientemente estables como para que la preparación de sinaptodendrosomas pueda exhibir fosforilación de eIF4E y una mayor elongación de péptidos de α-CaMKII después del tratamiento con factor neurotrópico derivado del cerebro (BDNF). La misma preparación también se ha utilizado para demostrar la localización sináptica de α-MRNA de CaMKII y medir su incremento posterior a alta frecuencia en vivo estimulación de la circunvolución dentada de la rata. Sinaptosomas de ratones que carecen de tirosina fosfatasa (PTPα) se han utilizado para analizar el papel de la fosforilación del receptor NMDA, que afecta el aprendizaje y la memoria. Se estudiaron los flujos de cloruro en sinaptoneurosomas de diferentes partes del cerebro de rata. Se demostró que la PKC facilita el recambio de vasos sinápticos. Además, se estudió la eficacia de la amortiguación de Ca 2+ dentro de las terminales cerebrales después de la hipoxia en sinaptosomas de cerebros neonatales y adultos. Finalmente, debido al enriquecimiento de elementos sinápticos en estas preparaciones, pueden usarse para comparar niveles de proteínas clave entre cenadores dendríticos y regiones sinápticas, y sus cambios después de la activación neural, ya sea después de en vivo tratamiento, como la estimulación de bigotes, o después de la activación de neurotransmisores de in vitro sistemas.


Los autores declaran que la investigación se llevó a cabo en ausencia de relaciones comerciales o financieras que pudieran interpretarse como un posible conflicto de intereses.

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Palabras clave: perfil de ribosomas, ribo-seq, tasa de iniciación de la traducción, tasa de traducción de codones, sesgo de uso de codones, modelado cuantitativo de la síntesis de proteínas

Cita: Yadav V, Ullah Irshad I, Kumar H y Sharma AK (2021) Modelado cuantitativo de síntesis de proteínas utilizando datos de perfiles de ribosomas. Parte delantera. Mol. Biosci. 8: 688700. doi: 10.3389 / fmolb.2021.688700

Recibido: 31 de marzo de 2021 Aceptado: 25 de mayo de 2021
Publicado: 28 de junio de 2021.

Fabio Trovato, Freie Universit & # x000e4t Berlín, Alemania

Alexander Schmidt, Universidad de Basilea, Suiza
C & # x000e9dric Gobet, & # x000c9cole Polytechnique F & # x000e9d & # x000e9rale de Lausanne, Suiza

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