SINTESIS
DE PROTEINAS
Introducción
Una
molécula de mRNA contiene unas series de Codones los cuáles interactúan con los
anti-Codones del aminoacil-tRNA por lo que una serie correspondiente de
aminoácidos son incorporados dentro de la cadena poli peptídica.
El
ribosoma proporciona el medio ambiente para controlar la interacción entre mRNA
y tRNA. El Ribosoma se comporta como una pequeña fábrica migratoria, por el
cuál viajará a lo largo de la plantilla de participación en ciclos rápidos para
la Síntesis de enlaces Peptídicos.
Los
Aminoacil-tRNA serán disparados dentro y fuera de la partícula a una gran
velocidad depositando aminoácidos, y los factores de elongación cíclicamente
asociados con una disociación del Ribosoma.
Junto
con todos estos factores y accesorios, el Ribosoma proporcionara el alcance
completo de las actividades requeridas para todos los pasos de la Síntesis de
Proteínas.
En
la figura 8.1 observamos la dimensión relativa de los componentes del aparato
para la síntesis proteica. El ribosoma consta de dos subunidades que desempeñan
un papel específico en la síntesis de Proteínas.
El mRNA
enhebra su camino a lo largo de la superficie cerca de las uniones de las
subunidades. Dos moléculas de tRNA son activadas durante la Síntesis de
Proteínas en cualquier momento, por lo que la elongación de poli péptidos
provoca reacciones llevadas a cabo solo en 2 de los 10 codones cubiertos por el
ribosoma. Los 2 tRNA son insertados dentro de los sitios internos que se
extienden a través de las subunidades. Una tercera molécula de tRNA principal
permanece en el Ribosoma después de que se ha utilizado en la síntesis de
Proteínas antes de ser reciclada.
La
forma básica del Ribosoma se ha conservado en la Evolución, pero existen
variaciones apreciables en el tamaño y
proporción de RNA y de Proteínas en los Ribosomas de bacterias, en su
mitocondria y en sus organelos.
En
la figura 8.2 se comparan los componentes de bacterias y de ribosomas de mamíferos. Ambos tienen
partículas de ribonúcleoproteinas que contienen más RNA que Proteínas.
Las
Proteínas ribosomales son conocidas como r-proteínas.
En
cada una de las subunidades del ribosoma existe un RNA importante y un número
de proteínas pequeñas. La subunidad más grande puede también contener mRNA
pequeños. En la E. Colli, la subunidad más pequeña consta de 16S rRNA y 21
r-proteínas. La subunidad más grande consta de 23S rRNA, y la más pequeña 5S
RNA y 31 proteínas.
Con excepción de una
proteína presente, en 4 copias por ribosoma, allí hay una copia por cada
proteína. Los RNA más importantes constituyen la mayor parte de la masa del
ribosoma bacteriano.
Su presencia
es Omnipresente, y probablemente todos o la mayoría de las proteínas
ribosomales entran en contacto con el RNA. Entonces los rRNA más importantes
forman lo que se considera como la columna vertebral de la subunidad – un hilo
continuo cuya prescencia domina la estructura que determina la posición de las
Proteínas Ribosomales.
Los
Ribosomas con un gran citoplasma eucariote, son más grandes que los de las
bacterias. El contenido total de ambos RNA y Proteínas es mayor. Las moléculas
de RNA mas importantes son mas largos y hay mas Proteinas. Probablemente, la
mayoría o todas las proteínas están presentes en cantidades estequiométricas.
El ARN sigue siendo el componente predominante en masa.
Los
Ribosomas orgánulos son distintos de los ribosomas del citosol y toman formas
variadas. En algunos casos, son casi del tamaño de los ribosomas bacterianos y
tienen 70% de ARN; en otros casos, sólo son 60 y tienen <30% del ARN.
El
ribosoma posee varios centros activos, por lo que cada uno de los cuales se
construye a partir de un grupo de proteínas asociadas con una región de RNA
ribosomal. Los centros activos requieren la participación directa de rRNA en un
papel estructural o incluso catalítico. Algunas funciones catalíticas requieren
proteínas individuales, pero ninguna de las actividades pueden ser reproducidos
por las proteínas o grupos de proteínas aisladas; funcionan sólo en el contexto
del ribosoma.
Dos
tipos de información son importantes en el análisis del ribosoma. Las
mutaciones implican proteínas ribosomales particulares o bases en rRNA en
participar en las reacciones particulares. El análisis estructural, incluyendo
la modificación directa de los componentes del ribosoma y comparaciones para
identificar las características conservadas en rRNA, identifica las ubicaciones
físicas de los componentes que participan en funciones particulares.
Un
aminoácido es traído al ribosoma por una aminoacil-tRNA. Su adición a la cadena
de proteína va creciendo y se produce por una interacción con el tRNA que trajo
el aminoácido anterior. Cada uno de estos tRNA se encuentra en un sitio
distinto en el ribosoma.
La Figura 8.3 muestra que los dos sitios tienen
diferentes características:
• Un
aminoacil-tRNA que entra y se une al sitio A. Antes de la entrada de amino-
acil-tRNA, el sitio expone el codón que representa el siguiente aminoácido
debido a ser añadido a la cadena.
• El
codón que representa el aminoácido más reciente se han añadido a las mentiras
de la cadena de polipéptido naciente en el sitio P. Este sitio es ocupado por
peptidil ARNt, un ARNt que lleva la cadena de polipéptido naciente.
La
Figura 8.4 muestra que el extremo de la aminoacil tRNA se encuentra en la
subunidad grande, mientras que el anticodón en el otro extremo interactúa con
el ARNm obligado por la subunidad pequeña. Así que cada uno de los sitios de P
y A se extienden a través de las dos subunidades ribosomales.
Para
que un ribosoma pueda sintetizar un enlace peptídico, debe estar en el estado
que se muestra en el paso 1 en la Figura 8.3, cuando peptidil-tRNA está en el
sitio P y aminoacil-tRNA está en el sitio. La formación del enlace peptídico se
produce cuando el polipéptido llevado por el peptidil-ARNt se transfiere al
aminoácido transportado por la aminoacil-tRNA.
Esta reacción es catalizada por
la subunidad grande del ribosoma.
La
transferencia del polipéptido que genera el ribosoma se muestra en el paso 2,
en el que es desacilado el tRNA y carecen de cualquier aminoácido, se encuentra
en el sitio P y un nuevo peptidil-ARNt se ha creado en el sitio A. Este
peptidil-ARNt es un residuo de aminoácido más larga que los tRNA peptidil que
habían estado en el sitio P en el paso 1.
El
ribosoma se mueve ahora con un triplete a lo largo del mensajero. Esta etapa se
denomina translocación. El movimiento transfiere el tRNA desacilado del sitio P
y mueve la peptidil ARNt en el sitio P (consulte el paso 3 en la figura). El
siguiente codón a traducir ahora se encuentra en el sitio A, listo para un
nuevo aminoacil-tRNA para entrar, cuando se repite el ciclo. La figura 8.5
resume la interacción entre los ARNt y el ribosoma.
El
tRNA desacilado sale del ribosoma a través de otro sitio de unión del ARNt, el
sitio E. Este sitio está transitoriamente ocupado por el tRNA en la ruta
dejando el sitio P y ser liberado del ribosoma en el citosol. Por lo tanto el
flujo de tRNA es en el sitio A, a través del sitio P, y hacia fuera a través
del sitio E (véase también ure Fi- 8,28 en la Sección 8.12). La Figura 8.6
compara el movimiento de tRNA y mRNA, que puede ser pensado como una especie de
trinquete en el que la reacción está impulsada por la interacción
codón-anticodón.
La
síntesis de proteínas se divide en las tres etapas que se muestran en la Figura
8.7:
•
Iniciación: implica las reacciones que preceden a la formación del enlace
peptídico entre los dos primeros aminoácidos de la proteína. Se requiere al
ribosoma para unirse al mRNA, que forma un complejo de iniciación que contiene
la primera amino acil-tRNA. Este es un paso relativamente lento en la síntesis
de proteínas y minas generalmente determina la velocidad a la que un ARNm es
traducido.
•
Alargamiento: incluye todas las reacciones de síntesis del primera enlace
peptídico de la adición del último aminoácido. Los aminoácidos se añaden a la
cadena de uno a la vez; la adición de un aminoácido es el paso más rápido de la
síntesis de proteínas.
•
Terminación: engloba los pasos que son necesarios para liberar la cadena
polipeptídica completados; al mismo tiempo, el ribosoma se disocia a partir del
ARNm.
Diferentes
conjuntos de factores accesorios ayudan al ribosoma en cada etapa. La energía
se proporciona en diversas etapas mediante la hidrólisis del trifosfato de
guanina (GTP).
Durante
la iniciación, la pequeña subunidad ribosomal se une al ARNm y luego se le une
la subunidad 50S. Durante la elongación, el ARNm se mueve a través del ribosoma
y se traduce en tripletes. (A pesar de que por lo general hablamos del ribosoma
se mueve a lo largo del ARNm, es más real ISTIC a pensar en términos del ARNm
que es tirado por el ribosoma.) A la terminación de la proteína se libera, el
ARNm se libera, y el individuo subunidades ribosómicas se disocian a fin de ser
utilizado de nuevo.
Mecanismos
Especiales para controlar la Presición de la Sintesis de Proteínas
Sabemos
que la síntesis de proteínas es generalmente precisa, debido a la consistencia
que se encuentra cuando se determina la secuencia de una proteína. Hay pocas
mediciones detalladas de la tasa de error in vivo, pero se cree en general a
estar en el rango de un error por cada 104 a 105 aminoácidos incorporados.
Teniendo en cuenta que la mayoría de las proteínas se producen en grandes
cantidades, esto significa que la tasa de error es demasiado baja para tener
ningún efecto sobre el fenotipo de la célula.
No
es inmediatamente obvio cómo se logra una tasa de error tan baja. De hecho, la
naturaleza discriminatoria de los eventos es un problema general planteado por
varios pasos en la expresión genica. ¿Cómo sintetasas reconocen sólo los
correspondientes ácidos tRNAs y amino? ¿Cómo un ribosoma reconocen sólo el ARNt
correspondiente al codón en el sitio? ¿Cómo las enzimas que sintetizan ADN o
ARN reconocer sólo la base complementaria a la planilla? Cada caso representa
un problema similar: cómo distinguir a un miembro en particular de todo el
conjunto, todos los cuales comparten las mismas características generales.
Probablemente
cualquier miembro inicialmente puede ponerse en contacto con el centro activo
por un proceso aleatorio-golpe, pero entonces los miembros equivocadas son
rechazadas y sólo el apropiado es aceptado. El miembro apropiado es siempre en
minoría (uno de los veinte aminoácidos, uno de ~ 40 ARNt, una de cuatro bases),
por lo que los criterios de discriminación debe ser estricto. El punto es que
la enzima debe tener algún mecanismo para aumentar la discriminación con
respecto al nivel que se lograría con sólo hacer contactos con las superficies
disponibles de los sustratos.
La
Figura 8.8 resume las tasas de error en las medidas que pueden afectar la
exactitud de la síntesis de proteínas.
Los
errores en la transcripción de ARNm son raros, probablemente <10-6. Esta es
una etapa importante de controlar, ya que una sola molécula de ARNm se traduce
en muchas copias de la proteína. No sabemos mucho acerca de los mecanismos.
El
ribosoma puede hacer dos tipos de errores en la síntesis de proteínas. Puede
causar un desplazamiento del marco, saltarse una base cuando lee el ARNm (o en
la dirección inversa mediante la lectura de una base de dos veces, una vez como
la última base de un codón y luego de nuevo como la primera base de la
siguiente codón). Estos errores son raros, ocurren en ~10-5. O puede permitir
que una incorrecta aminoacil-ARNt (mal) al par con un codón, por lo que se
incorpora el aminoácido equivocado. Este es probablemente el error más común en
la síntesis de proteínas, que se producen en ~ 5 × 10-4. Es controlada por la
estructura del ribosoma y la velocidad (véase la Sección 9.15, El ribosoma
Influencias la exactitud de la traducción).
Un
ARNt sintetasa puede hacer dos tipos de errores: Se puede colocar el aminoácido
equivocado en su tRNA, o puede cargar su aminoácido con el ARNt mal. La
incorporación del aminoácido incorrecto es más común, probablemente porque el
tRNA ofrece una superficie más grande con la que la enzima puede hacer muchos
más contactos para asegurar la especificidad. Aminoacil-tRNA sintetasas tienen
mecanismos específicos para corregir errores antes de un ARNt mal cargado sea
liberado (véase la Sección 9.11, sintetasas Uso Corrección para mejorar la precisión).
