2.8: Traducción de ARNm

¿Cómo se traduce en una proteína el código contenido en el ARNm?

Estructura y función de los ARN de transferencia

• Los ARNt tienen dos funciones:
  1. Para enlazar químicamente a un aminoácido particular (covalente)
  2. Reconocer un codón específico en ARNm (no covalente) para que su aminoácido unido pueda añadirse a una cadena peptídica en crecimiento

Amino-acil-ARNt sintetasas

• La función es “cargar” moléculas de ARNt; es decir, unir químicamente un aminoácido específico a su molécula de ARNt asociada.

Aminoácidos	Amino-acil-ARNt sintetasas	ARNt	Codones
20	20	30-40 (procariotas) 50 (eucariotas)	61 (3 codones de parada)

Conclusiones:

1. Hay una amino-acil ARNt sintetasa por aminoácido (son bastante específicos).
2. Existe potencialmente más de un ARNt por aminoácido.

Por lo tanto, las amino-acil ARNt sintetasas deben ser capaces de reconocer más de un ARNt.

1. Existe potencialmente más de un codón por ARNt.

Por lo tanto, cada ARNt debe ser capaz de reconocer más de un codón (no hay un ARNt único para cada codón).

Estructura de ARNt

• 70-80 nucleótidos de largo
• Formar una serie de estructuras secundarias de tallo/bucle
• Los ARNt se sintetizan con las bases estándar AGCU. Sin embargo, después de la síntesis se pueden modificar varias bases:
  1. El uridilato puede estar metilado para producir Timidilato
  2. El uridilato puede reorganizarse para producir pseudouridilato (es decir, ribosa unida al Carbono 5 en lugar del Nitrógeno 1).
  3. El guanidilato puede estar metilado en diferentes posiciones.
• El aminoácido está unido en el extremo 3' del ARNt al hidroxilo 2' o al hidroxilo 3'.
  1. Las amino-acil ARNt sintetasas de clase I unen sus aminoácidos asociados al ARNt 2' hidroxilo (NOTA: típicamente los aminoácidos hidrófobos)
  2. Las amino-acil ARNt sintetasas de clase II unen sus aminoácidos asociados al ARNt 3' hidroxilo (NOTA: típicamente aminoácidos hidrófilos)

Figura 2.8.1: ARNt

• Si se requiriera un emparejamiento perfecto de bases Watson-Crick en el triplete codon/anti-codón, entonces se requerirían 61 ARNt diferentes.
• Sabemos que este no es el caso, por lo tanto, un solo anti-codón de ARNt debe ser capaz de reconocer varios tripletes de codones de ARNm diferentes.

• Este mayor reconocimiento de ARNt es posible debido a las interacciones de pares de bases "bamboleo"” en la tercera base en el codon/primera base en el anti-codón:

Figura 2.8.2: Tambulación de codones

Posible emparejamiento de bases de codones “bamboleo” (además de Watson-Crick):

1. U - G
2. I - C
3. I - A
4. I - U

• Donde U, G, A y C pueden estar en el codón (ARNm) o anti-codón (ARNt)
• I (inosina) se puede encontrar en el anti-codón.

Por ejemplo, los codones UUU y UUC son ambos reconocidos por el ARNt que tiene GAA en la posición anti-codón (haciendo emparejamientos de bases G - C o G - U).

Reconocimiento de aminoácidos por amino-acil ARNt sintetasas

• Parece involucrar no solo al triplete anti-codón sino también a otros contactos significativos (principalmente involucrando la región del tallo aceptor).

Ribosomas

• El ARNm con su información codificada y los ARNt individuales cargados con sus aminoácidos se unen por una afinidad mutua por un complejo ARN-proteína llamado Ribosoma.

• La tasa de síntesis de proteínas por un ribosoma es de aproximadamente 3-5 aminoácidos/minuto.
  • Por ejemplo, una proteína grande (por ejemplo, Titina, 30,000 aminoácidos) tarda 2-3 horas en elaborarse.
• Los ribosomas están compuestos por moléculas individuales de ARN ribosómico (ARNr) y más de 50 proteínas accesorias, con una organización procariota general de una subunidad pequeña (30S) y una subunidad grande (50S).

Traducción de mRNA a proteínas

• La síntesis de proteínas generalmente se considera en tres etapas:

1. Iniciación
2. Alargamiento
3. Terminación

AUG es la señal de inicio en ARNm

• El primer evento de la etapa de iniciación es la unión de una molécula libre de metionina (Met) al final de un ARNt ^Met por una aminoacil-ARNt sintetasa específica.
• Hay al menos dos tipos de ARNt ^Met:
  1. ARNt _i ^Met: puede iniciar la síntesis de proteínas (en el codón AUG met)
  2. ARNt ^Met: puede incorporar residuos de Met durante la síntesis continua de proteínas (en el codón MET AUG)
• La metionina ARNt sintetasa une metionina a ambas moléculas de ARNt.
• Solo metionil-ARNt _i ^Met puede unirse a la subunidad ribosómica pequeña para iniciar el proceso de síntesis de proteínas.
  • En bacterias, el grupo amino de la metionina en metioniltRNA _i ^Met está formilado.
  • El Met-ARNt _i ^Met, junto con un complejo proteína-GTP y la subunidad ribosómica pequeña (30S) se unen al ARNm en un sitio específico, cerca del codón de iniciación AUG.

Iniciación de la síntesis proteica

• En la mayoría de los procariotas, un componente de ARN (ARNr 16S) en la subunidad de ARNr pequeño (30S) reconoce e hibrida con una secuencia específica en el ARNm llamada secuencia Shine-Dalgarno:

ARNm 5' - UAAGGAGG - (5-10 nucleótidos) - AUG 3' ARNr 16S OH- AUUCCUCC - (~1400 nucleótidos) -5'

• La secuencia Shine-Dalgarno es así un sitio de unión al ribosoma que es necesario para la iniciación de la traducción.
  • Tenga en cuenta que el ribosoma no se une en el codón de inicio AUG, sino 5-10 nucleótidos aguas arriba.
  • La secuencia Shine-Dalgarno se puede ubicar en cualquier lugar dentro de un ARNm.
• Una serie de factores de iniciación, Met-ARNt _i ^Met, ARNm y la subunidad ribosómica 30S (es decir, el componente 16S) son necesarios para la formación del complejo de iniciación 30S.

• El ARNr grande (ARNr 50S) se une junto con la liberación de los factores de iniciación 1 y 2, y la hidrólisis de GTP, para formar el complejo de iniciación 70S:

Figura 2.8.3: Complejos de iniciación

Alargamiento

1. En la primera parte de la etapa de elongación de la traducción, el ribosoma se mueve a lo largo del ARNm para posicionar el residuo fMET en el sitio P (sitio peptidilo) en la subunidad 50S.
   • Esto permite que el segundo codón del ARNm se posicione en el sitio A (sitio de ARNt de aminoacilo).
2. El ARNt cargado apropiado (con aminoácido) especificado por el segundo codón se posiciona en el sitio A de la subunidad 50S.
3. A continuación se sintetiza la formación de enlaces peptídicos y el ARNt en el sitio A (que está unido covalentemente al polipéptido naciente) se transloca al sitio P.
   • Este proceso requiere GTP y la proteína del factor de elongación G (procariotas).
4. El proceso se repite.

Terminación

1. Cuando se alcanza un codón de parada, el polipéptido se hidroliza alejándose del último ARNt.
   • El péptido se libera y el ribosoma típicamente se disocia.
   • Este proceso requiere GTP y tres factores de terminación diferentes (TF; solo se requiere uno en eucariotas)