DNA RNA Prot transcripción traducción replicación

Introducción
Iniciación
Como se explicó antes, el flujo de
información genética sigue el
siguiente camino :
En procariontes, el primer paso en
este proceso es la unión de los 3
factores de iniciación (IF-1 IF-2 y
IF-3) a la subunidad pequeña del
ribosoma llegando a formar un
complejo
molecular
llamado
complejo de pre-iniciación. Este
complejo junto con el ARNt que
lleva la formil metionina se unen
al ARNm.
replicación
DNA
transcripción
RNA
traducción
Prot
La síntesis de proteínas es la etapa
final de la expresión de un gen.
Esta síntesis es dirigida por la
“lectura” que un ribosoma hace
sobre una molécula de ARN
mensajero (ARNm). Este proceso
se denomina traducción y para su
estudio suele dividirse en tres
etapas: iniciación, elongación y
terminación.
En este proceso intervienen los 3
tipos de ARN: ARNm que trae la
información, ARNt que trae el
aminoácido y el ARNr que permite
unir los ribosomas al ARNm.
Con respecto al ARNt-Met existen
dos tipos: el ARNt-Met-i, llamado
iniciador ya que puede iniciar la
síntesis de proteínas y el ARNtMet que puede adicionar metionina
durante el proceso de elongación.
La metionina del primer tipo posee
un grupo formil, de aquí que deba
llamarse ARNt-Met-i.
La unión del complejo de preiniciación (factores + subunidad
pequeña del ribosoma) junto con el
ARNt-Met-i se unen a un sitio
específico del ARNm, localizado
muy cerca del codon de iniciación
AUG. La eliminación del IF-3
permite la unión del ARNt-Met-i al
ARNm.
Recordemos que la subunidad
pequeña
del
ribosoma
está
conformada por una molécula de
ARNr llamada 16 S más 21
proteínas.
Síntesis de proteínas
El paso final de la iniciación se
logra con la unión de la subunidad
grande del ribosoma (50 S), pero
esta unión requiere de energía.
Adivina de dónde viene la energía.
Pues sí, del IF-2 que lleva una
molécula de GTP. La liberación de
la energía producto de la hidrólisis
del GTP en GDP, determina una
doble
acción:
unión
de
la
subunidad grande del ribosoma y
la liberación del otro factor de
iniciación (IF-1). Además, debe
precisarse que el ARNt-Met-i llega
a ocupar un sitio en la subunidad
grande del ribosoma llamado sitio
P. A su lado, existe un sitio para
que pueda unirse otro ARNt que
porte otro aminoácido. Se inicia así
el período de elongación.
Ahora bien, un sector de este
ARNr de 16 S reconoce una
secuencia de 6 a 8 nucléotidos del
ARNm que se encuentra antes del
codon de iniciación. Esta secuencia
de nucleótidos en el ARNm se
denomina
secuencia
ShineDalgarno (nombre derivado de los
apellidos de sus descubridores).
Esta interacción del ARNr con el
ARNm explica la unión de la
subunidad pequeña del ribosoma al
ARNm. En los ARNm procarióticos
producidos por el ADN circular
existen varias secuencias de ShineDalgarno, lo que explica que varias
subunidades pequeñas ribosoma
puedan unirse al ARNm e iniciar
la síntesis de diferentes proteínas
en
forma
independiente
y
simultánea:
modalidad
poli
cistrónica .
! Shine-Dalgarno
30 S
IF-1
Unión de los
factores de
iniciación
AUG
30 S
IF-2
IF-1
30 S
IF-3
IF-2
IF-3
f-Met
IF-3
UAC
ARNt
50 S
50f-Met
S
f-Met
UAC
UAC
AUG
ARNt
AUG
IF-1
30 S
IF-1
IF-2
30 S
IF-2
Síntesis de proteínas
Elongación
El mecanismo de elongación es
similar
en
procariontes
y
eucariontes. La subunidad grande
del ribosoma posee 3 sitios para la
ubicaciñon
de
los
ARNt,
denominados sitio P de peptidil,
sitio A de aminoacil y sitio E de
salida (exit, en inglés).
Subunidad
pequeña
ARNm
A
P
E
Subunidad
grande
El ARNt-fMet se encuentra
ubicado en el sitio P. El sitio A,
transitoriamente desocupado, se
corresponde con otro codon. El 2º
ARNt,
con
un
aminoácido
específico, es atraído al ribosoma
por un factor de elongación EF-Tu,
el cual posee un GTP. Al
hidrolizarse este GTP, el ARNt
mediante su anticodon se une a la
cadena del ARNm en el sitio A del
ribosoma. Además, dicha hidrólisis
determina que este factor se libere
del complejo.
Se establece ahora un enlace
peptídico entre la fMet del ARNt
ubicado en el sitio P y el
aminoácido del ARNt ubicado en el
sitio A. Este enlace peptídico es
catalizado por el ARNr 23S
contenido en la subunidad grande
del ribosoma (probablemente un
mínimo de sus proteínas intervengan en este proceso). Al
establecerse el enlace peptídico, el
fMet queda unido al aminoácido
del ARNt ubicado en el sitio A y se
libera de su ARNt ubicado en el
sitio P. (ver figura de abajo)
Síntesis de proteínas
Ahora interviene otro factor de
elongación: el EF-G, que se acopla
a la hidrólisis de GTP. Esto
provoca que el ribosoma se mueva
3 nucleótidos en la dirección 5´3´.
Así, el ARNt que contenía el fMet y
que estaba en el sitio P, se mueve
al sitio E.
El ARNt con los dos aminoácidos
que estaba en el sitio A, queda
ahora en el sitio P. El sitio A queda
vacío para recibir otro ARNt que
trae otro aminoácido y cuyo
anticodon sea complementario con
el codon que existe en el sitio A.
Por ejemplo, si el aminoácido que
debe unirse ahora es una histidina
el codon en el ARNm puede ser
CAU ó CAC y el anticodón en el
ARNt debe ser GUA ó GUG,
respectivamente.
En cuanto se una el nuevo ARNt
al sitio A, se libera el ARNt que
estaba en el sitio E, el cual sale a
“buscar” otro fMet. Los codones del
ARNm que adicionen aminoácidos,
a través de los ARNt, lo hacen
siguiendo la nomenclatura del
código
genético
(ver
página
opuesta).
Terminación
La elongación continua hasta que
aparezca en el ARNm alguno de los
siguientes codones: UAA, UAG ó
UGA. Debido a que las células
carecen de ARNt con anticodones
complementarios
para
estos
codones, los factores de liberación
están capacitados para reconocer
estas señales y finalizar la síntesis
de proteínas.
En procariontes, se han descrito
dos factores de terminación: el RF1, que puede reconocer los codones
UAA y UAG; y el RF-2 que puede
reconocer los codones UAA y UGA.
En eucariontes hay un solo factor
de
liberación
que
reconoce
cualquiera de los tres codones. La
acción de los factores de liberación
es estimular la hidrólisis de enlace
entre el ARNt y la cadena
polipeptídica.
Las consecuencias de esta acción
son:
a) Liberación de la cadena polipeptídica,
b) Liberación del ARNt de los sitios
E y P,
c) Separación de las subunidades
ribosomales y
d) Liberación del ARNm.
Dibujo esquemático de un
polirribosoma: varios ribosomas
“leyendo” un mismo ARNm
Síntesis de proteínas
Código genético
El físico George Gamow fue quien propuso que cada aminoácido estaba
codificado por una secuencia de 3 nucleótidos, que es la distancia que se mueve
el ribosoma. Los nucleótidos mencionados corresponden al ARN mensajero.
Para precisar cuál aminoácido es llevado al sitio de síntesis por el ARNt, debe
ubicarse el nucleótido de la primera posición, luego el de segunda y tercera
posición. Met es el aminoácido iniciador que requiere del codon AUG. Stop
corresponde a los codones de finalización que no aportan aminoácidos. Se han
utilizado las abreviaturas en inglés de los aminoácidos, para su significado ver
capítulo de Proteínas, página 67.
Primera
posición
Tercera
posición
Segunda posición
U
U
C
A
G
C
A
G
Phe
Ser
Tyr
Cys
U
Phe
Ser
Tyr
Cys
C
Leu
Ser
Stop
Stop
A
Leu
Ser
Stop
Trp
G
Leu
Pro
His
Arg
U
Leu
Pro
His
Arg
C
Leu
Pro
Gln
Arg
A
Leu
Pro
Gln
Arg
G
Ile
Thr
Asn
Ser
U
Ile
Thr
Asn
Ser
C
Ile
Thr
Lys
Arg
A
Met
Thr
Lys
Arg
G
Val
Ala
Asp
Gly
U
Val
Ala
Asp
Gly
C
Val
Ala
Glu
Gly
A
Val
Ala
Glu
Gly
G
Síntesis de proteínas
Los ARNm pueden ser traducidos
simultáneamente
por
varios
ribosomas, tanto en procariontes
como en eucariontes. La principal
diferencia está en que el ARNm de
los
procariontes
es
policistrónico, es decir, codifica para
varias proteínas; en cambio, el de
eucariontes es monocistrónico,
codifica para una sola proteína.
Los antibióticos utilizados contra
las bacterias (procariontes) actúan
en forma directa sobre la síntesis
de proteínas, por ejemplo, la
tetraciclina inhibe la unión de los
ARNt al ARNm; el cloranfenicol
inhibe la actividad de la peptidil
transferasa y la estreptomicina
inhibe la iniciación causando error
en la “lectura”.
c Complete el siguiente cuadro, tomando como referencia los aminoácidos
mencionados en sus códigos de tres letras.
Num
1
Nombre aminoácido
Ácido glutámico
Código 3
letras
Código
una letra
Anticodon
ARN t
Codon
ARN m
Triplete
ADN
Glu
E
CUU
GAA
CTT
2
Ala
3
Lys
4
Pro
5
Arg
6
Phe
7
Try
8
Ser
9
Leu
10
Gly
Asp
d Como aprendió, todas las proteínas inician su síntesis a partir de un fMet ó
Met, sin embargo, ninguna proteína definitiva lo posee. Dé una explicación
razonable a este fenómeno.
e ¿Cuáles serían las consecuencias biológicas si ocurre una mutación a nivel de
los factores de terminación?