16.6: Regulación génica traslacional y postraduccional eucariota
- Page ID
- 59825
\( \newcommand{\vecs}[1]{\overset { \scriptstyle \rightharpoonup} {\mathbf{#1}} } \)
\( \newcommand{\vecd}[1]{\overset{-\!-\!\rightharpoonup}{\vphantom{a}\smash {#1}}} \)
\( \newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\)
( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\)
\( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\)
\( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\)
\( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\)
\( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\)
\( \newcommand{\id}{\mathrm{id}}\)
\( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\)
\( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\)
\( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\)
\( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\)
\( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\)
\( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\)
\( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\)
\( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\)
\( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\AA}{\unicode[.8,0]{x212B}}\)
\( \newcommand{\vectorA}[1]{\vec{#1}} % arrow\)
\( \newcommand{\vectorAt}[1]{\vec{\text{#1}}} % arrow\)
\( \newcommand{\vectorB}[1]{\overset { \scriptstyle \rightharpoonup} {\mathbf{#1}} } \)
\( \newcommand{\vectorC}[1]{\textbf{#1}} \)
\( \newcommand{\vectorD}[1]{\overrightarrow{#1}} \)
\( \newcommand{\vectorDt}[1]{\overrightarrow{\text{#1}}} \)
\( \newcommand{\vectE}[1]{\overset{-\!-\!\rightharpoonup}{\vphantom{a}\smash{\mathbf {#1}}}} \)
\( \newcommand{\vecs}[1]{\overset { \scriptstyle \rightharpoonup} {\mathbf{#1}} } \)
\( \newcommand{\vecd}[1]{\overset{-\!-\!\rightharpoonup}{\vphantom{a}\smash {#1}}} \)
\(\newcommand{\avec}{\mathbf a}\) \(\newcommand{\bvec}{\mathbf b}\) \(\newcommand{\cvec}{\mathbf c}\) \(\newcommand{\dvec}{\mathbf d}\) \(\newcommand{\dtil}{\widetilde{\mathbf d}}\) \(\newcommand{\evec}{\mathbf e}\) \(\newcommand{\fvec}{\mathbf f}\) \(\newcommand{\nvec}{\mathbf n}\) \(\newcommand{\pvec}{\mathbf p}\) \(\newcommand{\qvec}{\mathbf q}\) \(\newcommand{\svec}{\mathbf s}\) \(\newcommand{\tvec}{\mathbf t}\) \(\newcommand{\uvec}{\mathbf u}\) \(\newcommand{\vvec}{\mathbf v}\) \(\newcommand{\wvec}{\mathbf w}\) \(\newcommand{\xvec}{\mathbf x}\) \(\newcommand{\yvec}{\mathbf y}\) \(\newcommand{\zvec}{\mathbf z}\) \(\newcommand{\rvec}{\mathbf r}\) \(\newcommand{\mvec}{\mathbf m}\) \(\newcommand{\zerovec}{\mathbf 0}\) \(\newcommand{\onevec}{\mathbf 1}\) \(\newcommand{\real}{\mathbb R}\) \(\newcommand{\twovec}[2]{\left[\begin{array}{r}#1 \\ #2 \end{array}\right]}\) \(\newcommand{\ctwovec}[2]{\left[\begin{array}{c}#1 \\ #2 \end{array}\right]}\) \(\newcommand{\threevec}[3]{\left[\begin{array}{r}#1 \\ #2 \\ #3 \end{array}\right]}\) \(\newcommand{\cthreevec}[3]{\left[\begin{array}{c}#1 \\ #2 \\ #3 \end{array}\right]}\) \(\newcommand{\fourvec}[4]{\left[\begin{array}{r}#1 \\ #2 \\ #3 \\ #4 \end{array}\right]}\) \(\newcommand{\cfourvec}[4]{\left[\begin{array}{c}#1 \\ #2 \\ #3 \\ #4 \end{array}\right]}\) \(\newcommand{\fivevec}[5]{\left[\begin{array}{r}#1 \\ #2 \\ #3 \\ #4 \\ #5 \\ \end{array}\right]}\) \(\newcommand{\cfivevec}[5]{\left[\begin{array}{c}#1 \\ #2 \\ #3 \\ #4 \\ #5 \\ \end{array}\right]}\) \(\newcommand{\mattwo}[4]{\left[\begin{array}{rr}#1 \amp #2 \\ #3 \amp #4 \\ \end{array}\right]}\) \(\newcommand{\laspan}[1]{\text{Span}\{#1\}}\) \(\newcommand{\bcal}{\cal B}\) \(\newcommand{\ccal}{\cal C}\) \(\newcommand{\scal}{\cal S}\) \(\newcommand{\wcal}{\cal W}\) \(\newcommand{\ecal}{\cal E}\) \(\newcommand{\coords}[2]{\left\{#1\right\}_{#2}}\) \(\newcommand{\gray}[1]{\color{gray}{#1}}\) \(\newcommand{\lgray}[1]{\color{lightgray}{#1}}\) \(\newcommand{\rank}{\operatorname{rank}}\) \(\newcommand{\row}{\text{Row}}\) \(\newcommand{\col}{\text{Col}}\) \(\renewcommand{\row}{\text{Row}}\) \(\newcommand{\nul}{\text{Nul}}\) \(\newcommand{\var}{\text{Var}}\) \(\newcommand{\corr}{\text{corr}}\) \(\newcommand{\len}[1]{\left|#1\right|}\) \(\newcommand{\bbar}{\overline{\bvec}}\) \(\newcommand{\bhat}{\widehat{\bvec}}\) \(\newcommand{\bperp}{\bvec^\perp}\) \(\newcommand{\xhat}{\widehat{\xvec}}\) \(\newcommand{\vhat}{\widehat{\vvec}}\) \(\newcommand{\uhat}{\widehat{\uvec}}\) \(\newcommand{\what}{\widehat{\wvec}}\) \(\newcommand{\Sighat}{\widehat{\Sigma}}\) \(\newcommand{\lt}{<}\) \(\newcommand{\gt}{>}\) \(\newcommand{\amp}{&}\) \(\definecolor{fillinmathshade}{gray}{0.9}\)Habilidades para Desarrollar
- Comprender el proceso de traducción y discutir sus factores clave
- Describir cómo el complejo de iniciación controla la traducción
- Explicar las diferentes formas en que se lleva a cabo el control postraduccional de la expresión génica
Después de que el ARN ha sido transportado al citoplasma, se traduce en proteína. El control de este proceso depende en gran medida de la molécula de ARN. Como se discutió anteriormente, la estabilidad del ARN tendrá un gran impacto en su traducción en una proteína. A medida que cambia la estabilidad, también cambia la cantidad de tiempo que está disponible para la traducción.
El complejo de iniciación y la tasa de traducción
Al igual que la transcripción, la traducción está controlada por proteínas que se unen e inician el proceso. En la traducción, el complejo que se ensambla para iniciar el proceso se conoce como el complejo de iniciación. La primera proteína que se une al ARN para iniciar la traducción es el factor de iniciación eucariota 2 (eIF-2). La proteína eIF-2 es activa cuando se une a la molécula de alta energía guanosina trifosfato (GTP). El GTP proporciona la energía para iniciar la reacción renunciando a un fosfato y convirtiéndose en guanosina difosfato (GDP). La proteína eIF-2 unida a GTP se une a la subunidad ribosómica 40S pequeña. Cuando se une, el ARNt iniciador de metionina se asocia con el complejo ribosómico eIF-2/40s, trayendo consigo el ARNm a traducir. En este punto, cuando se ensambla el complejo iniciador, el GTP se convierte en PIB y se libera energía. El fosfato y la proteína eIF-2 se liberan del complejo y la subunidad ribosómica 60S grande se une para traducir el ARN. La unión de eIF-2 al ARN se controla por fosforilación. Si eIF-2 está fosforilado, experimenta un cambio conformacional y no puede unirse a GTP. Por lo tanto, el complejo de iniciación no puede formarse adecuadamente y se impide la traducción (Figura\(\PageIndex{1}\)). Cuando el eIF-2 permanece sin fosforilar, se une al ARN y traduce activamente la proteína.
Conexión de arte
Se ha observado un aumento en los niveles de fosforilación de eIF-2 en pacientes con enfermedades neurodegenerativas como Alzheimer, Parkinson y Huntington ¿Qué impacto cree que esto podría tener en la síntesis de proteínas?
Modificaciones químicas, actividad proteica y longevidad
Las proteínas pueden modificarse químicamente con la adición de grupos que incluyen grupos metilo, fosfato, acetilo y ubiquitina. La adición o eliminación de estos grupos de las proteínas regula su actividad o el periodo de tiempo que existen en la célula. En ocasiones, estas modificaciones pueden regular dónde se encuentra una proteína en la célula, por ejemplo, en el núcleo, el citoplasma o unida a la membrana plasmática.
Las modificaciones químicas ocurren en respuesta a estímulos externos como el estrés, la falta de nutrientes, el calor o la exposición a la luz ultravioleta. Estos cambios pueden alterar la accesibilidad epigenética, la transcripción, la estabilidad del ARNm o la traducción, todo lo que resulta en cambios en la expresión de varios genes. Esta es una manera eficiente para que la célula cambie rápidamente los niveles de proteínas específicas en respuesta al ambiente. Debido a que las proteínas están involucradas en cada etapa de la regulación génica, la fosforilación de una proteína (dependiendo de la proteína que se modifique) puede alterar la accesibilidad al cromosoma, puede alterar la traducción (alterando la unión o función del factor de transcripción), puede cambiar el trasbordamiento nuclear (al influir modificaciones al complejo de poro nuclear), puede alterar la estabilidad del ARN (al unirse o no unirse al ARN para regular su estabilidad), puede modificar la traducción (aumentar o disminuir), o puede cambiar modificaciones postraduccionales (agregar o eliminar fosfatos u otras modificaciones químicas).
La adición de un grupo ubiquitina a una proteína marca esa proteína para su degradación. La ubiquitina actúa como una bandera que indica que la vida útil de la proteína es completa. Estas proteínas se trasladan al proteasoma, un orgánulo que funciona para eliminar proteínas, para ser degradadas (Figura\(\PageIndex{2}\)). Una forma de controlar la expresión génica, por lo tanto, es alterar la longevidad de la proteína.
Resumen
Cambiar el estado del ARN o de la propia proteína puede afectar la cantidad de proteína, la función de la proteína o cuánto tiempo se encuentra en la célula. Para traducir la proteína, un complejo iniciador de proteínas debe ensamblarse en el ARN. Las modificaciones (como la fosforilación) de las proteínas en este complejo pueden evitar que se produzca una traducción adecuada. Una vez que una proteína ha sido sintetizada, puede ser modificada (fosforilada, acetilada, metilada o ubiquitinada). Estas modificaciones postraduccionales pueden impactar en gran medida la estabilidad, degradación o función de la proteína.
Conexiones de arte
Figura\(\PageIndex{1}\): Se ha observado un aumento en los niveles de fosforilación de eIF-2 en pacientes con enfermedades neurodegenerativas como Alzheimer, Parkinson y Huntington. ¿Qué impacto cree que esto podría tener en la síntesis de proteínas?
- Contestar
-
Se inhibiría la síntesis de proteínas.
Glosario
- factor de iniciación eucariota 2 (eIF-2)
- proteína que se une primero a un ARNm para iniciar la traducción
- difosfato de guanina (PIB)
- molécula que queda después de que se utiliza la energía para iniciar la traducción
- trifosfato de guanina (GTP)
- molécula que proporciona energía que se une a eIF-2 y es necesaria para la traducción
- complejo de iniciación
- complejo proteico que contiene eIF2-2 que inicia la traducción
- subunidad ribosómica grande 60S
- segundo, subunidad ribosómica más grande que se une al ARN para traducirlo en proteína
- proteasoma
- orgánulo que degrada las proteínas
- subunidad ribosómica 40S pequeña
- subunidad ribosómica que se une al ARN para traducirlo en proteína