11.8: Síntesis de Proteínas en el Ribosoma

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Recordemos de la sección 1.3D que los “enlaces peptídicos” que unen aminoácidos para formar polipéptidos y proteínas son de hecho grupos funcionales amida. La siguiente figura muestra los primeros cuatro residuos de aminoácidos en una proteína, comenzando en el extremo amino.

Los tres enlaces peptídicos (amidas) están en un círculo.

Echemos un vistazo a la química detrás de la formación de un nuevo enlace peptídico entre los dos primeros aminoácidos -que llamaremos\(aa-1\) y\(aa-2\) - en una molécula proteica en crecimiento. Este proceso tiene lugar sobre el ribosoma, que es esencialmente una gran 'fábrica' bioquímica en la célula, compuesta por muchas enzimas y\(RNA\) moléculas, y dedicada al ensamblaje de proteínas. Aprenderás más en un curso de bioquímica o biología celular sobre el complejo pero fascinante proceso de síntesis de proteínas ribosómicas. Por ahora, nos concentraremos en la transformación orgánica catalizada por enzimas que se está llevando a cabo: la formación de una amida a partir de un carboxilato y una amina.

Hemos visto reacciones formadoras de amida antes, piense en las reacciones de glutamina y asparagina sintetasa (sección 11.5). Las mismas ideas que aprendimos para esas reacciones son ciertas para la formación de enlaces peptídicos: primero se debe activar el grupo carboxilato en un aminoácido sustrato, y la energía para esta activación proviene del ATP.

El grupo carboxilato de aa-1 se transforma primero en un intermedio acil-AMP a través de una reacción de sustitución nucleófila en el\(\alpha \) -fosfato de ATP.

En el siguiente paso, el aminoácido se transfiere a un tipo especial de\(RNA\) polymer called transfer \(RNA\), or \(tRNA\) for short. We need not concern ourselves here with the structure of \(tRNA\) molecules- all we need to know for now is that the nucleophile in this reaction is a hydroxyl group on the terminal adenosine of a \(tRNA\) molecule. Because this \(tRNA\) molecule is specific to \(aa-1\), we will call it \(tRNA-1\)

Bond line drawing of a tRNA segment.

El nucleófilo entrante es un alcohol, así lo que estamos viendo es una esterificación: una reacción de sustitución de acilo entre el carboxilato activado de\(aa-1\) y un alcohol\(tRNA-1\) para formar un éster.

Esta reacción, comenzando con la activación del aminoácido, es catalizada por una clase de enzimas llamadas\(tRNA\) aminoacil-sintetasas (hay muchas de esas enzimas en la célula, cada una reconociendo su propio aminoácido -\(tRNA\) par).

El primer aminoácido ahora está unido a través de un grupo éster a\(tRNA-1\). La reacción de formación de enlaces peptídicos real ocurre cuando un segundo aminoácido (aa-2) también unido a su propia\(tRNA-2\) molécula, se posiciona junto al primer aminoácido en el ribosoma. En otra reacción de sustitución de acilo, catalizada por un componente enzimático del ribosoma llamado peptidil-transferasa (EC 2.3.2.12), el grupo amino en los\(aa-2\) desplaza\(tRNA1\): así, un éster se ha convertido en una amida (termodinámicamente cuesta abajo, por lo que no se requiere ATP).

Este proceso continúa en el ribosoma, ya que un aminoácido tras otro se agrega a la cadena proteica en crecimiento:

El dipéptido se convierte en un tripéptido.

Cuando una señal codificada genéticamente indica que la cadena está completa, se produce una reacción de hidrólisis de éster, a diferencia de otra formación de amida, en el último aminoácido, que llamaremos\(aa-n\). This reaction is catalyzed by proteins called release factors (RFs).

Este evento de hidrólisis libera a la proteína madura del ribosoma, y da como resultado la formación de un grupo carboxilato libre al final de la proteína (esto se llama el extremo carboxi, o\(C\) -terminal de la proteína, mientras que el otro extremo, el extremo 'inicial', se llama el\(N\) extremo -terminal).