Traducción genética: código, ARN de transferencia y síntesis de proteínas

TRADUCCIÓN

El código genético RNA de transferencia

1. Estructura del tRNA
2. Aminoacil-tRNA sintetasas

V Activación de los aminoácidos V Unión del aminoácido activado al tRNA Organización del ribosoma en procariotas Etapas de la síntesis de proteínas

1. Iniciación
2. Elongación
3. Terminación

Control postraduccionalDNA Replication Reverse transcription Transcription RNA Translation Protein El "código genético" es el conjunto de pautas que rigen la transferencia de la información contenida en el mRNA para la síntesis de proteínas. Las proteínas son esenciales para todos los procesos vitales La traducción suele ser diana de los antibióticos.La síntesis proteica consume hasta el 90% de la energía química utilizada por la célula en todas las reacciones biosintéticas

Síntesis de Proteínas: Esquema General

A B DNA Núcleo 5 Transcrito primario Maduracióny 3 5 3 mRNA mRNA Citoplasma Transporte 3 5 1 Ribosoma 5 Ribosoma Proteína naciente PROCARIOTA Proteína naciente EUCARIOTA + DNA

El Código Genético y su Traducción

Correspondencia entre la secuencia de nucleótidos en un ácido nucleico y la secuencia de aminoácidos en una proteína. ¿Cómo traducir el `código de 4 letras' del mRNA (A, U, G y C) en el `código de 20 letras' de las proteínas? 4 nucleótidos codifican 20 aminoácidos, por lo que se requiere un código de 3 nts (tripletes) 43 = 64 aas (un código de dobletes con dos bases por codón no sería suficiente 42 = 16 aminoácidos). Es decir, 3 nucleótidos = 1 aminoácido. Una serie de tres nucleótidos (un codón) especifica un aminoácido, es decir, el código genético es un código de tripletes.

Representación del Código Genético

3' Fenilalanina Leucina glutámico Ácido Ácido A G U C A G U 4 0 C G U G G A C C C A U G Cisteína Valina A C C U G A U G Triptofano G U Arginina A G U C C A U G Serina G A C U A C 0 C A G G A C U G A C G c Histid Metionina Isoleucina Arginina Glutamina na Prolina C A G U Treonina U G U A Lisina U AC 5' 3 3 GU Detención G C A U Detención A U 2 Tirosina A Alanine G U C aspártico Glicina Serina El descifrado del código genético está considerado como uno de los mayores descubrimientos científicos del siglo XX 3 Leucina Asparagina

Mecanismo de Traducción del mRNA a Proteína

¿Cómo se traduce la secuencia de nucleótidos del mRNA en la secuencia de aminoácidos de la proteína? H Amino acid + -OOC-C-NH3 1 R Amino acid binding site En las células hay de 30 a 50 tRNA distintos para 20 aas, por lo tanto, algunos aas son transportados por más de un tRNA (tRNA isoaceptores). tRNA Adaptor CUAUGACUAGUCGG mRNA No existe ninguna afinidad química entre las bases púricas y pirimidínicas de mRNA y los aminoácidos de las proteínas, así que los tRNA actúan como moléculas adaptadoras. tRNA sintetizado por la RNApol III en eucariotas. Nucleotide triplet coding for an amino acid

Estructura del RNA de Transferencia (tRNA)

RNA de transferencia en su forma de estructura secundaria de "hoja de trébol" En la parte superior su residuo de aminoácido unido covalentemente y en la parte inferior su anticodon (un segmento trinucleótido que aparea las bases con el codón del mRNA complementario durante la traducción). NH3 + I Amino acid residue R-C-H I C= 0 O 5' p 3' ـالـ ? Anticodon 3 2 1 UAG mRNA 5' AUC 3' 12 3 Codon O Z-Y-X Anticodon Figure 26-1 Fundamentals of Biochemistry, 2/e 2006 John Wiley & Sons 3' 5' tRNA C

Características del Código Genético

Todos los codones tienen un significado: 61 especifican aminoácidos y los otros 3 son codones de terminación (UAA, UGA y UAG). El codón AUG se emplea para especificar el sitio de iniciación para la síntesis de proteínas. El código genético no es ambiguo. Cada codón corresponde sólo a un aminoácido. El código genético no tiene solapamientos. El código es degenerado, excepto para Trp y Met, cada aminoácido está codificado por 2 o más codones ('sinónimos'). En los codones sinónimos los dos primeros nucleótidos suelen ser suficientes para especificar un determinado aminoácido, mientras que el tercero normalmente varía.

Ausencia de Solapamientos en el Código Genético

El código genético no tiene solapamientos No degenerado Nonoverlapping code degenerado Overlapping code AUACGAGU C 1 2 3 AUACGAGUC 1 El marco de lectura correcto se establece por el codón de iniciación AUG (Met) 2 3 La secuencia de nucleótidos se lee de modo secuencial, triplete por triplete

Impacto del Marco de Lectura y Mutaciones

El mensaje traducido depende del punto en el cual se comience la traducción: el desplazamiento del punto de partida para la lectura del código, una letra a la izquierda o a la derecha, cambia totalmente el mensaje. First reading frame start Second reading frame start Third reading frame start . U . A . C . U . A . C . U . A . C . U . A . C Tyr Tyr Tyr ··· First reading frame Thr Thr Thr ... Second reading frame Leu Leu Leu .... Third reading frame Figure 26-2 Fundamentals of Biochemistry, 2/e 2006 John Wiley & Sons Las mutaciones pueden cambiar el sentido de los codones: Mutaciones erróneas_(cambio de un aminoácido). · Mutaciones sin sentido (codón de terminación prematuro). · Mutaciones de pauta de lectura (por deleción o adición de nucleótido). Cada punto de partida potencial define una secuencia denominada "pauta de lectura". Este mecanismo a veces se emplea para formar dos o más proteínas a partir de un mismo transcrito.

Tabla de Codones y sus Características

64 codones: - 61 codifican aminoácidos - 3 son codones de terminación Second letter of codon U C A G UUU UUC Phe UCU UCC Ser Ser UAU UAC Tyr Tyr UGU UGC Cys Cys UUA UUG Leu UCA Ser UAA UAG Stop Stop UGA UGG Stop Trp CUU CUC Leu Leu CCU CCC Pro CAU CAC His His CGU CGC Arg Arg First letter of codon (5' end) A AUU AUC Ile ACU ACC Thr Thr AAU AAC Asn Asn AGU AGC Ser Ser AUA AUG Ile ACA ACG Thr AAA AAG Lys Lys AGA AGG Arg Arg GUU GUC Val GCU GCC Ala GAU Asp GGU Val Ala GAC Asp GGC Gly Gly G GUA GUG Val Val GCA GCG Ala Ala GAA GAG Glu Glu GGA GGG Gly Gly Es casi universal (casi todos los organismos comparten el código genético). V No es ambiguo (cada codón corresponde a un aminoácido). C CUA CUG Leu Leu CCA Pro CCG Pro CAA CAG Gln Glr CGA CGG Arg Arg V Está degenerado (varios codones para el mismo aa, codones sinónimos). Carece de solapamiento (la secuencia de nts se lee de forma secuencial, sin pausas) Unidireccional (se escribe en dirección 5 '- 3'). Y El ribosoma se une al mRNA delante del codon de iniciación y lo emplea para establecer la pauta de lectura correcta para la traducción. Esto explica que Met siempre ocupe la posición 1 (N-terminal) de cualquier polipéptido recién sintetizado. V Los codones de terminación no son reconocidos por ninguna molécula de tRNA. U Phe Leu UCG Ser Pro Thr Met Ile

Degeneración del Código Genético y Mutaciones

La degeneración del código genético disminuye la frecuencia con que las mutaciones puntuales provocan la incorporación de un aminoácido distinto. Ej: glicina, cualquier sustitución en el extremo 3'de uno de estos codones sigue generando un codón para glicina. En codones sinónimos los dos primeros nucleótidos suelen ser suficientes para especificar un aminoácido determinado. Los codones con secuencias similares especifican aminoácidos quimicamente parecidos. Ej: los codones que tienen U en la segunda posición especifican siempre un aminoácido hidrofóbico. table 27-4 Degeneracy of the Genetic Code Amino acid Number of codons Ala 4 Arg 6 Asn 2 Asp 2 Cys 2 Gln 2 GIL 2 Gly 4 His 2 lle 3 Leu 6 Lys 2 Met 1 Phe 2 Pro 4 Ser 6 Thr 4 Trp 1 Ty 2 Val 4 GCA GCC GCG GCU Ala Arg Asp Asn Cys Glu Gin Gly His Leu Lys Met Phe Pro Ser Thr Trp Tyr Val stop A R D N C E 0 G H 1 L K M F P S T W Y V CCA CCC CCG CCU AGC AGU UCA ACA UCC ACC ACG UCG UCU ACU UGG UAC UAU GUA GUC GUG GUU UAA UAG UGA CAA GAG CAG CAU GGA GGC GGG GGU CAc AUA AUC AUU UUA UUG CUA CUC CUG CUU AAA AAG AUG UUC UUU L AGA AGG CGA CGC CGG CGU GAC AAC UGC GAA GAU AAU UGU

Universalidad y Excepciones del Código Genético

EL CODIGO GENÉTICO SE CONSIDERA UNIVERSAL AUNQUE PRESENTA EXCEPCIONES El código genético es casi universal table Known Variant Codon Assignments in Mitochondria Codons* UGA AUA AGA AGG CUN CGG Normal code assignment Stop Ile Arg Leu Arg Animals Vertebrates Trp Met Stop + + Drosophila Trp Met Ser + + Yeasts Saccharomyces cerevisiae Trp Met + Thr + Torulopsis glabrata Trp Met + Thr ? Schizosaccharomyces pombe Trp + + + + Filamentous fungi Trp + + + + Trypanosomes Trp + + + + Higher plants + + + + Trp Chlamydomonas reinhardtil ? + + + ? *A question mark Indicates that the codon has not been observed in the indicated mitochondrial genome; N, any nucleotide; +, the codon has the same meaning as in the normal code. En mitocondrias, algunos protozoos y DNA bacteriano se emplean códigos genéticos ligeramente diferentes.

Estructura del RNA de Transferencia (tRNA)

Formados por una cadena que contiene entre 73 y 93 ribonucleótidos (~ 23 kDa). Contienen muchas bases nada corrientes. La mitad de los nucleótidos están apareados para formar dobles hélices. Todas las moléculas de tRNA de las células bacterianas y eucariontes son sometidas a procesamiento después de la transcripción.

Detalles de la Estructura del tRNA

3 A C Amino acid arm C 5' Pu DG- . . . . . TỤC arm D arm A . G G* T GA . Extra arm Contains two or three D residues at different positions . Variable in size, not present in all tRNAs Py U Pu Anticodon arm Wobble position 10 3 Anticodon La estructura secundaria recuerda a una hoja de trébol La estructura terciaria del tRNA tiene forma de L TỤC arm Amino acid arm 64 1 5' 54 56 72 3' D arm (residues 10-25) 7 69 20 12 44 26 Anticodon arm 38 32 Anticodon Pu U C. C .Estructura secundaria del tRNA Brazo aceptor o brazo del aminoácido incluye los extremos 5' y 3'. La secuencia del trinucleótido del £ extremo 3' de una molécula de tRNA maduro es siempre CCA. El extremo 5' está siempre fosforilado. El brazo opuesto al aceptor es el brazo anticodón, región que interacciona directamente con el mRNA. Los otros dos brazos toman sus nombres de los nucleótidos poco usuales que se encuentran en ellos. Unión del aminoácido 3' A C C Brazo aceptor 5' Pu pG- D: Dihidroxiuridina v: Pseudouridina TỤC arm D arm Pu U C A G* T G A Contains two or three D residues at different positions Extra arm Variable in size, not present in all tRNAs Py U Pu Anticodon arm Wobble position 5' 3' Brazo anticodón G C

Unión del Aminoácido al tRNA

El grupo carboxilo del aminoácido se une al grupo 2'- 3' hidroxilo de la ribosa del nucleótido adenina Residuo de A terminal en el extremo 31 1' H H OH 2' H Ribosa 0 1 H -O -- C-C-R 5' 3' = H2C 4' O NH3 + 0 Grupo aminoacilo O C Brazo aminoácido C 5' G - Brazo DHU Brazo TwC Brazo anticodón s'esta fosforilado Adenina "0-P=0