SÍNTESIS DE PROTEÍNAS Ó TRADUCCIÓN DEL ARNm A PROTEÍNAS

La traducción de proteínas es un proceso rápido en los procariotas casi simultáneo a la transcripción y en los eucariotas en el citoplasma con el ARNm maduro con una proteína que se une a la cola poly A (poly A binding protein) y esto colabora a que la traducción sea más eficiente.

Tiene varios pasos la iniciación en la que difieren las bacterias de los organismos superiores y el resto de las etapas son iguales en ambos organismos. Las siguientes etapas son la elongación y translocación que son seguidas una de otra, dónde comienza a crecer la cadena polipeptídica y la terminación que es el fin de la traducción cuando aparece un codón de stop (UGA; UAA Y UAG).

Fase de Iniciación

Cada ARNm tiene una secuencia de bases precedente al codón de inicio que es complementaria a una secuencia de consenso que se en­cuentra en el rRNA 16 S, la cual se denomina secuencia de Shine Dalgarno y que permite el apareamiento entre los dos ARN (ARNm y ARNr) por complementariedad de bases, formando el complejo de iniciación.

Este complejo está integrado también por proteínas indispensables para el inicio y que son llamadas Factores de iniciación, que intervienen en la disociación de los ribosomas, la unión al ARNm, la unión al ARNt iniciador y alguna otra función desconocida aún. En procariotas se conocen 3 de estos factores, y en eucariotas 11 factores.

El Factor de Iniciación 3 (IF‑3) en procariotas, se une a la subunidad pequeña del ribosoma, y los dos se unen al ARNm, por lo tanto éste participa de la separación de las subunidades del ribosoma, luego el IF‑2 es el encargado de traer al ARNt iniciador (ARNt-f Met). Al unirse el IF‑2 con su ARNt , ambos se asocian con el complejo que se había formado entre la subunidad pequeña, el IF‑3 y el ARNm, y forman entonces en conjunto el Complejo de Iniciación. Más tarde se une al complejo la subunidad grande del ribosoma, quedando liberados al medio los factores de iniciación.

Inicio de a traducción e procariotas
Inicio de a traducción e procariotas

No se conoce aún con exactitud como el IF‑2 reconoce al ARNt-fMet en los procariotas, pero se supone que sería por tener el grupo amino bloqueado. En los eucariotas en cambio el ARNt lleva metionina normal lo que no lo haría diferente de un ARNt-Met común, pero está comprobado que en su extremo aceptor hay una de las bases que no está unida por puente de Hidrógeno a su complementaria y este cambio de configuración sería lo que lo distingue.

Como se carga cada aminoácido con los ARNt que lo puedan portar?

Carga del aminácido por la aminoacil sintetaza
Fuente:

Es importante aclarar que tanto el ARNt iniciador de procariotas como el de eucariotas tienen propiedades especiales que los distinguen de otros ARNt no iniciadores.

INICIACION DE LA TRADUCCION EN EUCARIOTAS

Secuencia de consenso Kozak

La secuencia descripta por Kozak (1987) se encuentra en la mayoría de los ARNm eucariotas y se describe como 5’ gccRccAUGG 3’, donde R puede ser una purina (A o G) tres bases antes del AUG.   Esta secuencia es reconocida por el ribosoma como sitio de inicio de la traducción. El ribosoma la necesita para saber donde comenzar a traducir. Sería el equivalente a la secuencia de Shine Dalgarno en bacterias. NO debe confundirse con secuencias denominadas RBS (ribosome binding site) que pueden ser el 5’ cap del mensajero o los sitios internos IRES .

Algunas de las bases son más conservadas que otras y por lo tanto más importantes para que la traducción se produzca.  Mayormente las más conservadas son AccAUGG.

En el caso de los eucariotas hay muchos más factores que intervienen en la iniciación, además de existir algunas diferencias con respecto al ARNt iniciador que porta metionina normal, la subunidad pequeña es 40 S y primero ésta debe reconocer el extremo 5′ del mRNA y desde allí se desplaza sobre el mismo hasta encontrar el codón de inicio (Teoría de scanning). Estas diferencias las realiza gracias a la gran cantidad de factores asociados al ribosoma.

inicio traducción
Fuente
Particularidades de la Fase de Iniciación en PROCARIOTAS

El iniciador ARNt-fMet en primera instancia es acilado o cargado con Met, y subsecuentemente modificado o formilado por la ARNt metionil transformilasa que le transfiere un grupo formilo a la Met previamente cargada. Esta enzima transformilasa NO formila la Met de un ARNt-Met no iniciador, por lo tanto debe haber estructuras diferentes entre el tRNA-Met y el ARNt-fMet. Así también deben existir estructuras que los diferencien en el ribosoma, ya que sólo el ARNt-fMet puede ingresar al sitio P sin ocupar previamente el sitio A como todos los otros ARNt.

Las diferencias encontradas hasta el momento serían por un lado que la base 5′ terminal no tiene puente de H con la base opuesta en el extremo aceptor. Por otro lado existe un puente de H entre un U adyacente al anticodón y una ribosa del anticodón en todos los tRNA que no aparece en el tRNA iniciador, lo que le da una estructura más abierta al loop anticodón. También se describen diferencias en el extremo aceptor y en el loop DHU.

Otra diferencia encontrada es la interacción codón anticodón del tRNA-fMet que podría ser un Wobble en la primera posición del anticodón ya que este tRNA iniciador procariota no sólo puede aparearse con el codón AUG sino también con el codón para Val (GUG) y con los de Leu (UUG y CUG) que ocasionalmente pueden ser usados como codones de paro o stop también. Este efecto Wobble puede ser explicado por la estructura más abierta del loop anticodón ya mencionada.

Iniciación de la traducción cap dependiente en eucariotas

La iniciación de la traducción en eucariotas involucra ciertas proteínas que tienen una afinidad especial por el 5’ cap propio de los mensajeros eucariotas.  Algunas de estas proteínas son la subunidad pequeña 40S del ribosoma y los factores de iniciación que son indispensables para sostener al mensajero en una posición. El factor eIF3 se asocia con la subunidad pequeña del ribosoma y juega un rol importante manteniendo a las subunidades del mismo separadas evitando su asociación prematura. A su vez interactúa con el complejo eIF4F que contiene a varios factores: eIF4A, eIF4E and eIF4G.  El factor 4E es la proteína de unión al cap o cap binding protein y a veces es clivado por proteínas virales para evitar que la célula infectada traduzca su propios mensajeros. El eIF4A es una helicasa dependiente de ATP  que se encarga de abrir el RNA que se asocia por complementariedad formando horquillas doble hélice. Otra proteína importante es la Poly-A binding protein o proteína de unión a la cola poly A de la gran mayoría de los mensajeros. Esta proteína juega un importante rol en la circularización del mensajero durante la traducción.

El complejo de preiniciación formado por la subunidad pequeña y el mensajero acompañados por los factores proteicos realiza el scanning o barrido del mRNA desde el extremo 5’ al 3’. en busca del codón de inicio AUG que codifica para Metionina (Met).

El ARNt iniciador viene cargado con Met formando parte del complejo con el ribosoma y por lo tanto la traducción comenzará con Met, a menudo luego removida por una proteasa. El ARNt inciador traído por el factor eIF2, se introduce en el sitio P de la subunidad pequeña del ribosoma y se hidroliza GTP en esa unión. Esto provoca junto con la liberación de algunos factores en la asociación de la subunidad grande (60S). Así el ribosoma una vez completo está listo para inciar la elongación y translocación hasta encontrar el codón de stop.

Inciación cap independiente.

  • El ejemplo más estudiado de la iniciación cap independiente es el de la entrada al sitio interno del Ribosoma (Internal Ribosome Entry Site IRES). En estos casos no es necesario el scannig o barrido. El ribosoma es llevado por factores llamados trans actin (ITAFs derivado de IRES trans actin factors) sorteando el barrido. Este modo de inicio es recientemente conocido y es usado en células que requieren una traducción particular debido a factores de stress o incapacidad de traducir a la mayoría de los mensajeros. Por ejemplo en factores que responden a la apoptosis o respuestas inducidas frente a stress.

Fase de elongación

El sitio A será ocupado entonces por un tRNA determinado por el siguiente codón del mRNA y se le unirá el aminoácido que está en el sitio P (Metionina) por un enlace covalente que realiza la peptidil transferasa, produciéndose de esta forma un enlace entre el grupo amino del aminoácido que ingresa y el grupo carboxilo del aminoácido anterior (o la cadena en crecimiento). De esta forma queda el tRNA iniciador sin aminoácido o sea desacilado y el sitio P libre.

Así cada vez que ingresa un tRNA cargado al sitio A y se produce la unión entre el grupo COOH del aminoácido de la cadena en crecimiento y el grupo NH2 del aminoácido del sitio A, se cumple la fase de elongación.

Este proceso también está regido por proteínas llamadas factores de elongación, que colaboran con la unión de los aminoacil-tRNA. Se descubrió en procariotas que este Factor de elongación tiene dos componentes, el EF‑Tu y EF‑Ts (Uno termolábil y otro termoestable).

elongacion de NewsMedical
elongacion de NewsMedical.net

Fase de translocación

Ahora el ribosoma se desplaza un codón o tres bases, de modo que por un lado libera al tRNA que estaba en sitio P e introduce en el mismo al que estaba en el A (que es un peptidil tRNA ya que porta dos aminoácidos) y de esta forma queda nuevamente el sitio A libre para aceptar un nuevo Aminoacil tRNA. Este movimiento se realiza en dirección 5’‑3′ de la cadena de mRNA.

El proceso continúa hasta que en el sitio A queda expuesto un codón de terminación, que no codifica para ningún aminoácido y que será reconocido por un factor de liberación.

Fase de terminación

El factor de liberación perturba la actividad de la peptidil transferasa, por lo tanto ésta cataliza la unión  de una molécula de agua al peptidil tRNA en lugar de un grupo NH2 de un aminoácido. De esta forma queda el extremo COOH libre de la cadena proteica recién formada liberado del tRNA que la portaba (peptidil tRNA). Esta cadena proteica se libera así al citoplasma pudiendo luego sufrir procesos post traduccionales que la modifiquen activando o desactivando como la fosforilación por ejemplo.

Terminación de la traducción

Los procesos se reunen en los siguientes esquemas

Este es el inicio de la traducción en procariotas

Incio de traduccion en procariotas
Fuente: Khan Academy

La elongación y translocación del ribosoma o sea que se corre un triplete mas hacia el extremo3′ del mensajero

Finalización de la traducción de la cadena de polipéptidos, cuando el ribosoma llega a alguno de los 3 codones de stop: UGA; UAA o UGA.

En eucariotas la iniciación es más compleja y puede ser cap dependiende o independiente. Incluso puede circularizarse el ARN mensajero para que la tasa de traducción aumente.

Este esquema ilustra el comienzo de la traducción en los eucariotas, donde se ve claramente que es mas compleja que la procariota.

Para los que quieran prectaicar traducir una proteína puede hacer una práctica intercativa Ejercicio interactivo de Traducción de proteínas

Otra animación de proteínas se puede ver aqui:

Les dejo finalmente un video que muestran todo el proceso

CONTINUA EN PAGINA SIGUIENTE

43 comentarios sobre “SÍNTESIS DE PROTEÍNAS Ó TRADUCCIÓN DEL ARNm A PROTEÍNAS

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