15.11: Ribosomas y síntesis de proteínas - El mecanismo de síntesis de proteínas
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- Describir el proceso de traducción
Al igual que con la síntesis de ARNm, la síntesis de proteínas se puede dividir en tres fases: iniciación, elongación y terminación.
Iniciación de la Traducción
La síntesis de proteínas comienza con la formación de un complejo previo a la iniciación. En E. coli, este complejo involucra el pequeño ribosoma 30S, el molde de ARNm, tres factores de iniciación (IF; IF-1, IF-2 e IF-3) y un ARNt iniciador especial, llamado fMET-ARNt. El iniciador de ARNt se aparea con el codón de inicio AUG (o raramente, GUG) y se une covalentemente a una metionina formilada llamada fMet. La metionina es uno de los 21 aminoácidos utilizados en la síntesis de proteínas; la metionina formilada es una metionina a la que se ha unido covalentemente un grupo formilo (un aldehído de un carbono) en el nitrógeno amino. La metionina formilada es insertada por fMET-ARNt al comienzo de cada cadena polipeptídica sintetizada por E. coli, y generalmente se recorta después de completar la traducción. Cuando se encuentra un AUG en marco durante el alargamiento de la traducción, se inserta una metionina no formilada por un Met-ARNt regular. En el ARNm de E. coli, una secuencia aguas arriba del primer codón AUG, llamada secuencia Shine-Dalgarno (AGGAGG), interactúa con las moléculas de ARNr que componen el ribosoma. Esta interacción ancla la subunidad ribosómica 30S en la ubicación correcta en el molde de ARNm.
En eucariotas, se forma un complejo previo a la iniciación cuando un factor de iniciación llamado eIF2 (factor de iniciación eucariota 2) se une a GTP, y el GTP-eIF2 recluta el ARNt iniciador eucariota a la subunidad ribosómica pequeña de 40 años. El ARNt iniciador, llamado Met-ARNt i, porta metionina no modificada en eucariotas, no fMet, pero es distinto de otros Met-ARNt celulares en que puede unirse a EIF y puede unirse en el sitio del ribosoma P. El complejo eucariótico previo a la iniciación reconoce entonces el casquete de 7-metilguanosina en el extremo 5' de un ARNm. Varios otros EIF, específicamente eIF1, eIF3 y eIF4, actúan como proteínas de unión a la tapa y ayudan al reclutamiento del complejo previo a la iniciación a la capota 5'. La proteína de unión a poli (A) (PAB) se une tanto a la cola poli (A) del ARNm como al complejo de proteínas en la tapa y también ayuda en el proceso. Una vez en la tapa, el complejo de pre-iniciación rastrea a lo largo del ARNm en la dirección 5' a 3', buscando el codón de inicio AUG. Muchos, pero no todos, los ARNm eucariotas se traducen a partir de la primera secuencia AUG. Los nucleótidos alrededor del AUG indican si es el codón de inicio correcto.
Una vez identificado el AUG apropiado, eIF2 hidroliza GTP a GDP y potencia la entrega del ARNt i-Met al codón de inicio, donde el anticodón de ARNt i se aparea al codón AUG. Después de esto, el eIF2-PIB se libera del complejo, y eIF5-GTP se une. La subunidad ribosómica 60S es reclutada al complejo de preiniciación por eIF5-GTP, que hidroliza su GTP a GDP para potenciar el ensamblaje del ribosoma completo en el sitio de inicio de la traducción con el Met-ARNi posicionado en el sitio del ribosoma P. Los EIF restantes se disocian del ribosoma y la traducción está lista para comenzar.
En las arqueas, la iniciación de la traducción es similar a la observada en eucariotas, excepto que los factores de iniciación involucrados se denominan AIF (factores de inicialización arqueales), no EIF.
Alargamiento de Traducción
Los fundamentos del alargamiento son los mismos en procariotas y eucariotas. El ribosoma intacto tiene tres compartimentos: el sitio A se une a los ARNt de aminoacilo entrantes; el sitio P se une a los ARNt que portan la cadena polipeptídica en crecimiento; el sitio E libera ARNt disociados para que puedan recargarse con aminoácidos. El ARNt iniciador, rMET-ARNt en E. coli y Met-ARNt i en eucariotas y arqueas, se unen directamente al sitio P. Esto crea un complejo de iniciación con un sitio A libre listo para aceptar el aminoacil-ARNt correspondiente al primer codón después del AUG.
El aminoacil-ARNt con un anticodón complementario al codón del sitio A aterriza en el sitio A. Se forma un enlace peptídico entre el grupo amino del aminoácido del sitio A y el grupo carboxilo del aminoácido unido más recientemente en la cadena polipeptídica en crecimiento unida al ARNt del sitio P. La formación del enlace peptídico es catalizada por peptidil-transferasa, una enzima basada en ARN que se integra en la subunidad ribosómica grande. La energía para la formación de enlaces peptídicos se deriva de la hidrólisis de GTP, la cual es catalizada por un factor de elongación separado.
Catalizar la formación de un enlace peptídico elimina el enlace que mantiene la cadena polipeptídica en crecimiento al ARNt del sitio P. La cadena polipeptídica en crecimiento se transfiere al extremo amino del aminoácido entrante, y el ARNt del sitio A mantiene temporalmente la cadena polipeptídica en crecimiento, mientras que el ARNt del sitio P ahora está vacío o sin carga.
El ribosoma mueve tres nucleótidos hacia abajo del ARNm. Los ARNt se alinean en base a un codón en el ARNm, de modo que a medida que el ribosoma se mueve sobre el ARNm, los ARNt permanecen en su lugar mientras el ribosoma se mueve y cada ARNt se mueve al siguiente sitio de unión a ARNt. El sitio E se mueve sobre el antiguo ARNt del sitio P, ahora vacío o sin carga, el sitio P se mueve sobre el antiguo ARNt del sitio A, ahora porta la cadena polipeptídica en crecimiento, y el sitio A se mueve sobre un nuevo codón. En el sitio E, el ARNt no cargado se desprende de su anticodón y es expulsado. Un nuevo aminoacil-ARNt con un anticodón complementario al nuevo codón del sitio A ingresa al ribosoma en el sitio A y el proceso de elongación se repite. La energía para cada paso del ribosoma es donada por un factor de elongación que hidroliza GTP.
Terminación de traducción
La terminación de la traducción ocurre cuando el ribosoma se mueve sobre un codón de parada (UAA, UAG o UGA). No hay ARNt con anticodones complementarios a los codones de parada, por lo que ningún ARNt ingresa al sitio A. En cambio, tanto en procariotas como en eucariotas, una proteína llamada factor de liberación ingresa al sitio A. Los factores de liberación hacen que la ribosoma peptidil-transferasa agregue una molécula de agua al extremo carboxilo del aminoácido agregado más recientemente en la cadena polipeptídica en crecimiento unida al ARNt del sitio P. Esto hace que la cadena polipeptídica se separe de su ARNt y se libere el polipéptido recién hecho. Las subunidades ribosómicas pequeñas y grandes se disocian del ARNm y entre sí; son reclutadas casi inmediatamente en otro complejo de iniciación de la traducción. Después de que muchos ribosomas hayan completado la traducción, el ARNm se degrada para que los nucleótidos puedan reutilizarse en otra reacción de transcripción.
Modelado de la traducción: Esta interacción modela el proceso de traducción en eucariotas.
Puntos Clave
- La síntesis de proteínas, o traducción, comienza con un proceso conocido como pre-iniciación, cuando la subunidad ribosmática pequeña, el molde de ARNm, los factores iniciadores y un ARNt iniciador especial, se unen.
- Durante la translocación y elongación, el ribosoma mueve un codón 3" por debajo del ARNm, introduce un ARNt cargado al sitio A, transfiere la cadena polipeptídica en crecimiento desde el ARNt del sitio P al grupo carboxilo del aminoácido del sitio A y expulsa el ARNt no cargado en el sitio E.
- Cuando se alcanza un codón de parada o sin sentido (UAA, UAG o UGA) en el ARNm, el ribosoma termina la traducción.
Términos Clave
- traducción: un proceso que ocurre en el ribosoma en el que una cadena de ARN mensajero (ARNm) guía el ensamblaje de una secuencia de aminoácidos para hacer una proteína