Síntesis de Proteínas

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).