Met. Inf. II

METABOLISMO DE LA INFORMACIÓN
ADN
Replicación
ADN
Transcripción
ARN
Replicación*
Transcripción
inversa**
ARN
Traducción
• Metabolismo de proteínas. Traducción.
Componentes de la síntesis proteica.
Mecanismo de reconocimiento codonanticodon. Etapas de la traducción.
Código genético. Costo energético de
la síntesis proteica. Modificaciones post
traducción. Polirribosomas.
• Mutaciones puntuales. Tipos. Factores
que provocan mutaciones.
Proteína
Profa. Audrey Suárez. Bioquímica. Metabolismo de la Información. Transcripción. Traducción. Código genético. Mutaciones.
PRINCIPIO FUNDAMENTAL DE LA BIOLOGÍA MOLECULAR
ADN
ARNm
Proteína
REPLICACIÓN
(Síntesis de ADN)
TRANSCRIPCIÓN
(Síntesis de ARNm)
TRADUCCIÓN
(Síntesis proteica)
núcleo
ribosomas
Procesos celulares en los que se utiliza la información genética
Profa. Audrey Suárez. Bioquímica. Metabolismo de la Información. Transcripción. Traducción. Código genético. Mutaciones.
METABOLISMO DE LAS
PROTEÍNAS
Cromosoma
TRADUCCIÓN
Proceso de síntesis de proteínas.
MODIFICACIONES POST TRADUCCIÓN
Procesos de modificación de las proteínas
posterior a la síntesis.
CÓDIGO GENÉTICO
Diccionario de los vocablos del código de los
aminoácidos.
Gen
(ADN de doble hebra)
Una hebra ADN
A U
C G
U
U
ARNm
aa1
aa2
aa3
aa4
aan-1
aan
A
A
G C
C G
Proteína
Ribosoma
5’
Profa. Audrey Suárez. Bioquímica. Metabolismo de la Información. Transcripción. Traducción. Código genético. Mutaciones.
3’
TRADUCCIÓN
Es el proceso de biosíntesis de proteínas. Ocurre en el citosol y los ribosomas.
Implica la traducción bioquímica del alfabeto de 4 letras (A, G, C, U) del ARN (portador del
mensaje del ADN) expresada en el alfabeto de 20 letras del lenguage de las proteínas
(aminoácidos proteicos).
La lectura del mensaje del ARN (codones) en los ribosomas se realiza en sentido 5’ → 3’. La
direccionalidad de la traducción origina la secuencia de aminoácidos de la cadena de proteína.
La incorporación de aminoácidos a la cadena de proteína obedece al mecanismo de
reconocimiento codon-anticodon.
Los aminoácidos son trasnportados desde el citosol a los ribosomas por un ARNt.
El ARNm tiene secuencias que indican el inicio y fin de la biosíntesis: un codon de inicio (AUG) y
codones de terminación (UAA, UAG, UGA) leídos en sentido 5’ → 3’.
Requiere ribosomas, ARNm, ARNt, aminoácidos, aminoacil-ARNt, enzimas, factores de iniciación,
prolongación, terminación y liberación.
Se realiza en cuatro etapas: activación, iniciación, prolongación y terminación.
Profa. Audrey Suárez. Bioquímica. Metabolismo de la Información. Transcripción. Traducción. Código genético. Mutaciones.
COMPONENTES DE LA TRADUCCIÓN
•
Ribosomas.
•
ARNm (sentido síntesis 5’ → 3’)
•
ARNt
•
Aminoácidos
•
Aminoacil-ARNt
•
Enzimas → aminoacil-ARNt sintetasa, peptidil transferasa.
•
Factores de iniciación, prolongación, terminación y liberación.
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ALGUNOS COMPONENTES DE LA SÍNTESIS PROTEICA
aa
Aminoacil-ARNt
Aminoácido
3’
ARNt
Anticodón
U A C
Met
ARNm
5’
Sub unidad menor
Sitio salida (E)
Codón
Sitio peptidilo (P)
Sitio aminoacilo (A)
3’
Movimiento
del
ribosoma
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Ribosoma
Sub unidad mayor
MECANISMO DE RECONOCIMIENTO CODON (ARNm) – ANTICODON (ARNt)
(apareamiento entre bases nitrogenadas del codon y el anticodon)
Aminoácido
3’
Anticodon: secuencia específica de tres
nucleótidos presentes en el ARNt,
complementaria al codon de un aminoácido
presente en el ARNm
ARNt
Codon: secuencia de tres nucleótidos
adyacentes en el ARNm que codifica a un
aminoácido específico.
5’
Anticodon
3 2 1
Cuando se produce el apareamiento codonanticodon (puentes de hidrógeno), el
aminoácido unido al ARNt se coloca
correctamente en el ribosoma para
ensamblar la cadena polipeptíca.
U A G
≡ ≡ ≡
A U C
5’
ARNm
• Antiparalelismo
• Complementaridad de
las bases nitrogenadas
1 2 3
Codon
Aminoácido
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3’
ETAPAS DE LA TRADUCCIÓN
1. Activación: Esterificación de de cada uno de los 20 aminoácidos con sus respectivos ARNt
en el citosol. Enzima: aminoacil-ARNt sintetasa.
Requiere 2 enlaces fosfato de alta energía (ATP y PPi).
2. Iniciación: Formación del ribosoma funcional. El ARNm se ubica con su codon de iniciación
AUG (Met) en el sitio peptidilo. (P) del ribosoma
3. Prolongación: Crecimiento de la cadena polipeptídica.
Requiere de 2 enlaces fosfato de alta energía (GTP)*
3.1 Incorporación del siguiente aminoacil en el centro aminoacilo (A) del ribosoma*.
3.2 Formación del enlace peptídico.
Enzima: peptidil transferasa.
3.3 Transposición del ribosoma 5’ → 3’*.
4. Terminación: Final de la síntesis proteica. Aparecen los codones de terminación UAA, UAG,
UGA.
5. Plegado y modificaciones post traducción: Adquisición de la conformación nativa de la
proteína.
Profa. Audrey Suárez. Bioquímica. Metabolismo de la Información. Transcripción. Traducción. Código genético. Mutaciones.
TRADUCCIÓN: REACCIÓN DE ACTIVACIÓN DEL AMINOÁCIDO (CITOSOL)
aminoacil-ARNt sintetasa.
enlace éster
Extremo 3’ del ARNt
Extremo 3’ del ARNt
Adenina
OH
2’
3’
Adenina
OH + ATP +
+ AMP + 2Pi
aminoácido
ΔG’°= -29 kJ/mol
Cada aminoácido tiene
al menos un ARNt
brazo anticodon
ARNt
Aminoacil-ARNt
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TRADUCCIÓN: PROLONGACIÓN.
FORMACIÓN DEL ENLACE PEPTÍDICO (peptidil transferasa)
Sitio
peptidilo
(P)
Sitio
aminoacilo
(A)
enlace peptídico
..
Primer aminoacil-ARNt
(sitio peptidilo)
Segundo aminoacil-ARNt
(sitio aminoacilo)
aa1
5’ ARNm
aa2
3’
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TRADUCCIÓN: PROLONGACIÓN.
FORMACIÓN DEL ENLACE PEPTÍDICO (peptidil transferasa)
E
P
A
ARNt
aa1
aa2
Peptidil-ARNt
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TRADUCCIÓN: PROLONGACIÓN.
TRANSPOSICIÓN DEL RIBOSOMA (5’ → 3’)
E
A
P
Tercer aminoacil-ARNt
Peptidil-ARNt
aa3
aa1
aa2
Aminoacil-ARNt
ARNt
Ribosoma
ARNm
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TRADUCCIÓN
CÓDIGO GENÉTICO
Aminoacil-ARNt
Segunda letra
U
5’
Anticodon
3 2 1
5’
ARNm
U
UUU
Primera letra
3’
ARNt
5’
G C U
III III III
C G A
1 2 3
Codon
3’
C
A
G
UUC
UUA
UUG
CUU
CUC
CUA
CUG
AUU
AUC
AUA
AUG
GUU
GUC
GUA
GUG
C
Fen
Leu
Leu
Ileu
Met
Val
A
UCU
UCC
UCA
UCG
CCU
CCC
CCA
CCG
ACU
ACC
ACA
ACG
GCU
GCC
GCA
GCG
Ser
Pro
UAU
UAC
UAA
UAG
CAU
CAC
CAA
CAG
Tre
Ala
AAU
AAC
AAA
AAG
GAU
GAC
GAA
GAG
G
3’
U
C
Tir
UGU
UGC
Cis
Term
UGA
UGG
Term
Trp
A
G
Arg
U
C
A
His
Gln
Asn
Lis
Asp
Glu
CGU
CGC
CGA
CGG
AGU
AGC
AGA
AGG
GGU
GGC
GGA
GGG
Conversión del alfabeto de 4 letras (A, G, C, U)
al alfabeto de los 20 aminoácidos proteicos
Profa. Audrey Suárez. Bioquímica. Metabolismo de la Información. Transcripción. Traducción. Código genético. Mutaciones.
G
Ser
Arg
Gli
U
C
A
G
U
C
A
G
Tercera letra
Arg
CÓDIGO GENÉTICO
Diccionario de los codones del ARNm. Se leen en sentido
5’ → 3’.
Segunda letra
U
UUU
U
Es universal: Los vocablos del código genético son
idénticos en E. coli, virus del mosaico del tabaco, hombre y
otros vertebrados, gran número de virus bacterianos.
La tercera base de los codones es menos específica
(vacilante) que las dos primeras Ej.: Ala (GC: tercera: U, C,
A o G).
Existen 3 tripletes de los 64 no codifican aminoácido alguno:
UAA, UAG y UGA (señales de terminación).
Primera letra
Característcas generales
C
A
G
UUC
UUA
UUG
CUU
CUC
CUA
CUG
AUU
AUC
AUA
AUG
GUU
GUC
GUA
GUG
C
Fen
Leu
Leu
Ileu
Met
Val
A
UCU
UCC
UCA
UCG
CCU
CCC
CCA
CCG
ACU
ACC
ACA
ACG
GCU
GCC
GCA
GCG
Ser
Pro
UAU
UAC
UAA
UAG
CAU
CAC
CAA
CAG
Tre
Ala
AAU
AAC
AAA
AAG
GAU
GAC
GAA
GAG
G
3’
U
C
Tir
UGU
UGC
Cis
Term
UGA
UGG
Term
Trp
A
G
Arg
Arg
U
C
A
His
Gln
Asn
Lis
Asp
Glu
CGU
CGC
CGA
CGG
AGU
AGC
AGA
AGG
GGU
GGC
GGA
GGG
Constituido por 64 codones (43).
Un codon inicio: AUG
Tres codones de terminación: UAA, UAG y UGA.
Sesenta codones para aminoácidos.
Profa. Audrey Suárez. Bioquímica. Metabolismo de la Información. Transcripción. Traducción. Código genético. Mutaciones.
G
Ser
Arg
Gli
U
C
A
G
U
C
A
G
Tercera letra
5’
…CARACTERISTICAS DEL CÓDIGO GENÉTICO
Es degenerado: un aminoácido puede
estar determinado por mas de un
codón.
Esta organizado en
tripletes o codones.
5’ AUG GCG UCA AGA CAU
Señalización de terminación
UAG, UAA, UGA
3’
GUU
GUC
GUA
GUG
Val
Señalización de iniciación
AUG
met
GUG
Val
UGG
Leu
CÓDIGO GENÉTICO
Ala
Thr
Glu
Leu
Arg
Ser
Señal de finalización
A
U
C
C
C
A
G
A
G
U
U
G
G
C
C
U
A
G
Ile
Pro
Glu
Leu
Ala
Costo energético de la fidelidad de la síntesis proteica
Etapa de activación → 1 ATP (un enlace fosfato)
1 PPi (un enlace fosfato)
Etapa de elongación → 2 GTP (dos enlaces fosfato)
4 enlaces fosfatos de elevada energía/inserción de un aminoácido
Energía para producir un enlace peptídico
30,5 kJ/mol x 4 = 1220 kJ/mol
Profa. Audrey Suárez. Bioquímica. Metabolismo de la Información. Transcripción. Traducción. Código genético. Mutaciones.
PLEGADO Y MODIFICACIONES POST TRADUCCIÓN
Adquisición de la conformación nativa de la proteína.
•
Formación de puentes disulfuro
•
Rupturas de enlaces peptídicos
•
Modificaciones sobre los aminoácidos terminales
- Amidificación del carboxilo terminal
•
Reacciones diversas sobre los residuos de aminoácidos no terminales
- N-metilación (lisina, histidina)
- N-acetilación (lisina)
- Hidroxilación (prolina, lisina)
- Fijación del radical fosforilo (-PO3H2)
- Fijación el radical sulfurilo (-SO3H)
- Halogenación
- Carboxilación de algunos residuos de ácido glutamico
•
Formación de glucoproteínas
•
Fijación de los grupos prostéticos
Profa. Audrey Suárez. Bioquímica. Metabolismo de la Información. Transcripción. Traducción. Código genético. Mutaciones.
POLIRRIBOSOMAS
Asociación de varios ribosomas individuales que leen simultáneamente un
ARNm, construyendo cada uno una cadena polipeptídica
5’
3’
Profa. Audrey Suárez. Bioquímica. Metabolismo de la Información. Transcripción. Traducción. Código genético. Mutaciones.
MUTACIONES: Aspectos generales
Es todo cambio en el material genético
que causa una variación en la
información genética.
Químicos
Espontaneas
Físicos
Inducidas
Causas
Responsables de la variación y
evolución de las especies.
MUTACIÓN
Pueden ser
Cromosómicas
Alteraciones que se producen
en los cromosomas
Genómicas
Alteración del número de
cromosomas
Génicas o puntuales
Alteración en la secuencia de
bases nitrogenadas en el ADN.
Mutaciones puntuales
Cambios en un solo nucleótido en el ADN.
Gen inicial
Purínicas: A, G
Pirimidínicas: C, T
- A - T - T - C - G - AA - C - T - G - T - A - C - G -
- T - A - A - G - C - T - G - A - C - A - T - G - C -
Mutación por transición
- A - T - T - C - G - G - C - T - G - T - A - C - G - T - A - A - G - C - C - G - A - C - A - T - G - C -
Un par purina-pirimidina es cambiado por otro par purina-pirimidina.
Pueden ser espóntaneas o inducidas. Relativamente benignas
Profa. Audrey Suárez. Bioquímica. Metabolismo de la Información. Transcripción. Traducción. Código genético. Mutaciones.
Mutaciones puntuales
Cambios en un solo nucleótido en el ADN.
Gen inicial
Purínicas: A, G
Pirimidínicas: C, T
- A - T - T - C - G - AA - C - T - G - T - A - C - G -
- T - A - A - G - C - T - G - A - C - A - T - G - C -
Mutación por transversión
- A - T - T - C - G - T - C - T - G - T - A - C - G - T - A - A - G - C - A - G - A - C - A - T - G - C -
Un par purina-pirimidina es cambiado por un par pirimidina-purina.
Normalmente son espontáneas. Ej.: mutación en las cadenas α y β de la
hemoglobina. Relativamente benignas.
Profa. Audrey Suárez. Bioquímica. Metabolismo de la Información. Transcripción. Traducción. Código genético. Mutaciones.
Mutaciones puntuales
Cambios en un solo nucleótido en el ADN.
Gen inicial
Purínicas: A, G
Pirimidínicas: C, T
- A - T - T - C - G - AA - C - T - G - T - A - C - G -
- T - A - A - G - C - T - G - A - C - A - T - G - C -
Mutación por inserción
↓
- A - T - T - C - G - A - G - C - T - G - T - A - C - G - T - A - A - G - C - T - C - G - A - C - A - T - G - C ↑
Incorporación de un par de bases nitrogenadas extra, en consecuencia
hay un corrimiento del armazón. Son letales.
Profa. Audrey Suárez. Bioquímica. Objetivo 4. Metabolismo de la Información. Transcripción. Traducción. Código genético. Mutaciones.
Mutaciones puntuales
Cambios en un solo nucleótido en el ADN.
Gen inicial
Purínicas: A, G
Pirimidínicas: C, T
- A - T - T - C - G - A - C - T - G - T - A - C - G -
- T - A - A - G - C - T - G - A - C - A - T - G - C -
Mutación por supresión
A
↑
- A - T - T - C - G - C - T - G - T - A - C - G - T - A - A - G - C - G - A - C - A - T - G - C ↓
T
Eliminación de un par de bases nitrogenadas, en consecuencia hay un corrimiento
del armazón. Son letales.
Profa. Audrey Suárez. Bioquímica. Objetivo 4. Metabolismo de la Información. Transcripción. Traducción. Código genético. Mutaciones.
Factores que causan mutaciones
Físicos
Rayos x
Rayos δ
Rayos Ultravioleta
Químicos
Ácido nitroso (HNO2)
Ácido lisérgico
Bromouracilo
2-aminopurina
Hidroxilamina
Acridina
Profa. Audrey Suárez. Bioquímica. . Metabolismo de la Información. Transcripción. Traducción. Código genético. Mutaciones.
Gracias
Anexos
Etapas y componentes requeridos para la síntesis de proteínas
Etapa
Componentes esenciales
1
Activación
de los
aminoácidos
20 aminoácidos
20 aminoacil-ARNt sintetasas
32 o más ARNt
ATP
Mg2+
2
Iniciación
3
Prolongación
Ribosoma funcional (complejo de iniciación)
Aminoacil-ARNt especificados por los codones
Factores de elongación (EF-Tu, EF-Ts, EF-G)
GTP
Mg2+
4
Terminación
y liberación
Codón de terminación en el ARNm (UAA, UAG, UGA)
Factores de liberación (RF-1, RF-2, RF-3)
5
Plegado y
modificaciones
post traducción
ARNm
Aminoacil ARNt iniciador (N-Formilmetionil-ARNtfmet en baterias)
Codón de iniciación en el ARNm (AUG)
Subunidad ribosómica mayor y menor
Factores de iniciación (IF-1, IF-2, IF-3)
GTP
Mg2+
Enzimas específicas, cofactores y otros componentes para la remoción de resíduos
iniciales, señales de secuencias, procesos proteolíticos adicionales, modificación de
residuos terminales e incorporción de grupos fosfato, metil, carboxil, carbohidratos o
grupos prostéticos.
Profa. Audrey Suárez. Bioquímica. Objetivo 4. Metabolismo de la Información. Transcripción. Traducción. Código genético. Mutaciones.
TRADUCCIÓN (RIBOSOMAS)
Comienza con la unión del aminoácido al ARNt y convierte su secuencia de de bases en un polímero de
aminoácidos ligados por enlaces peptídicos.
Cada aminoácido está especificado por una palabra codificada denominada codon, que consta de tres bases
nitrogenadas.
La transferencia real de información se produce cuando el codon del ARNm interacciona y forma apareamientos
de bases complementarias con una secuencia de tres bases en una molécula de ARNt denominada anticodon.
Cuando se produce el apareamiento de bases codon-anticodon, el aminoácido unido al ARNt se coloca
correctamente dentro del ribosoma para la formación del enlace peptídico.
Al formarse el enlace peptídico, se libera de su ARNt el aminoácido recién incorporado y el ARNm se mueve con
relación al ribosoma de forma que en el lugar catalítico entra un nuevo codon. Este proceso se denomina
translocación.
La traducción continua de codon en codón hasta que se alcanza una secuencia de bases denominada codon de
terminación o de parada. Entonces se libera el polipéptido del ribosoma y se pliega en su conformación
biológicamente activa.
Profa. Audrey Suárez. Bioquímica. Objetivo 4. Metabolismo de la Información. Transcripción. Traducción. Código genético. Mutaciones.
TRANSCRIPCIÓN
(Síntesis dependiente del ADN)
Semejanzas con la replicación
Mecanismo químico, polaridad o dirección de síntesis y uso de una hebra
molde o patrón de ADN.
Diferencias con la replicación
Involucra sólo un segmento de ADN (gen), una sola hebra actua como molde,
no requiere un cebador y no tiene timina en su estructura (se sustituye por
uracilo).
Profa. Audrey Suárez. Bioquímica. Objetivo 4. Metabolismo de la Información. Transcripción. Traducción. Código genético. Mutaciones.