TRADUCCION Dra. Flora E. Arana F. CUM-USAC 2016

Recordar La transcripción produce ARN complementario para una cadena de ADN. La dirección en la que las ARN polimerasas sintetizan ARN es siempre 5'→3'. Asimetría de la transcripción: se transcribe para cada gen una de las dos hebras de ADN, la hebra que se toma como molde para producir el ARN se la denomina hebra molde, hebra sin sentido, no codificante y la otra hebra de ADN, la que no se transcribe, se la denomina hebra con sentido, codificante.

Terminación de la transcripción

La información fluye (con la excepción de la transcripción reversa) del ADN al ARN por vía del proceso llamado transcripción, y luego a la proteína por el proceso de traducción. Transcripción es el proceso de fabricación ARN usando el ADN como molde. Traducción es la construcción de una secuencia de aminoácidos (polipéptido) con la información proporcionada por la molécula de ARN.                                            La unión del aminoácido apropiado al ARNt esta controlado por una enzima: la aminoacil-ARNt sintetasa. La energía para la unión del aminoácido al ARNt proviene de la conversión de ATP (adenosín-trifosfato) a AMP (adenosín-monofosfato).

TRADUCCION LA SINTESIS DE PROTEINAS O TRADUCCION TIENE LUGAR EN EL CITOPLASMA Y ES EL ORDENAMIENTO LINEAL DE LOS AMINOACIDOS PARA FORMAR UNA PROTEINA. Moléculas que intervienen: Ribosomas: Une al ARNt, ARNm y enzimas. ARN de transferencia (ARNt): Transporta un aminoácido y posee un triplete de nucleótidos o anticodón. ARN mensajero: Es una secuencia de nucleótidos que lleva la información codificada de cada aminoácido en tripletes de nucleótidos o codón. Enzimas: Ayudan al proceso de traducción proporcionando energía

TRADUCCIÓN DEL MENSAJE GENÉTICO ( SÍNTESIS DE PROTEÍNAS) Para la SÍNTESIS de proteínas o TRADUCCIÓN se requiere de las interacciones apropiadas de los tres tipos de RNA y proteínas estructurales, reguladoras y catalíticas.

En la traducción participan: El Ácido RiboNucleico mensajero (ARNm) es el molde para la construcción de la proteína.  El Ácido RiboNucleico ribosómico (ARNr) se encuentra en el sitio donde se construye la proteína: el ribosoma.  El Ácido RiboNucleico de transferencia (ARNt) es el transportador que coloca el aminoácido apropiado en el sitio correspondiente.

En la traducción de mRNA participan 5 componentes Ribosomas: realizan el proceso de síntesis tRNA alinea aa en orden correcto a lo largo del mRNA Aminoacil-tRNA sintetasa: une los aa a las moléculas de tRNA Moléculas mRNA llevan codificadas la información de la secuencia de aa para sintetizar los polipéptidos. Factores proteicos: facilitan varios pasos del proceso de traducción

El ARNm es el molde para la secuencia de aminoácidos de una proteína: Treonina Histidina

Los Ribosomas Son las organelas de la célula donde se sintetizan la proteínas. En los procariotas subunidad liviana (30S) y una pesada  (50S), el ARNr difiere en cada uno de ellos.  Los eucarióticos por una de 60S y otra de 40S. Las dos subunidades solo se unen luego del ingreso mRNA rRNA lleva muchas de las funciones de los ribosomas

La subunidad liviana tiene el sitio para que se una el ARNm La subunidad liviana tiene el sitio para que se una el ARNm. Tiene un rol crucial en la decodificación del ARN pues monitorea el apareamiento de bases entre el codón del ARNm y el anticodón de ARNt.

El ARN mensajero es el que lleva la información para la síntesis de proteínas (CODONES), es decir, determina el orden en que se unirán los aminoácidos.

Sitio de unión mRNA y 3 sitios que puede unir tRNA. Sitio A: aminoacil, donde se une cada nuevo tRNA que llega portando aa. Sitio Peptidil: dónde reside tRNA que lleva cadena polipeptidica en formación Sitio E: de salida, donde tRNA abandona el ribosoma después de haber descargado el aa.

El ARNt: El ARNt tiene forma de trébol y es el que lleva el aminoácido apropiado al ribosoma . Posee anticodones Reconoce los codones en el mRNA Codon mRNA 5’ --- 3’ Anticodon tRNA 3’ – 5’

El ARNt: Union al aa En la parte terminal del brazo mas largo del ARNt se encuentran tres bases, el anticodón, que son complementarias con el codón. Existen 61 ARNt diferentes, cada uno posee un sitio diferente para pegar el aminoácido y un anticodón diferente. Para el codón UUU, el codón anticomplementario es AAA

El código genético: El código genético consiste en 61 codones para aminoácidos y 3 codones de terminación, que detienen el proceso de traducción. El código genético es por lo tanto redundante o sigue la hipótesis del balanceo, en el sentido que tiene varios codones para un mismo aminoácido.

BALANCEO EN TRADUCCIÓN El “balanceo” ó “hipótesis del balanceo” se refiere a que algunos ARNt son capaces de reconocer más de un codón en el ARNm como resultado de un reconocimiento NO ESTÁNDAR. Este reconocimiento se da entre el anticodón del ARNt y la tercera posición de algunos codones complementarios. En esta posición hay un apareamiento de bases débil debido a la formación de pares de bases G-U y a la sustitución de la guanosina por inosina en los anticodones de muchos ARNt con C, U o A en la tercera posición del codón, por lo cual si la inosina aparece en el anticodón permite que un único ARNt reconozca 3 codones diferentes en la secuencia del mensajero.

Por ejemplo, la glicina es codificada por los codones GGU, GGC, GGA, y GGG. Si un codón muta por ejemplo de GGU a CGC, se especifica el mismo aminoácido. (**) Codifica además el  aminoácidos Nro. 21:  selenocisteína y el  Nro. 22: la pirrolisina. Para la inserción de los mismos es necesario además la presencia de una secuencia de "inserción" ubicada luego del código de terminación

El proceso de Traducción incluye Cuatro procesos importantes: *Activación de aminoácidos *Formación del complejo de Inicio *Alargamiento de la cadena polipeptídica *Terminación Existen diferencias en procariotas y eucariotas

1. Elevación a un nivel de energía *La Activación de los aminoácidos incluye: 1. Elevación a un nivel de energía alto-AMINOACILO-aminoacil adenilado, el AMP lo proporciona la hidrólisis de ATP 2. Tener unido un RNAt específico a su extremo 3’-OH Ambas reacciones son catalizadas por AMINOACIL-RNAt SINTETASAS.

Aminoacil-tRNA Sintetasa: Antes que un aa sea llevado por tRNA debe estar unido a éste covalentemente, las enzimas responsables de esta unión son las aminoacil-tRNA singtetasas (20 tipos). Realiza la activación de los aa formando un enlace éster entre el carboxilo de un aa y el 3;OH de tRNA Aminoacil-tRNA transferasas, reconocen los nucleótidos al menos en dos regiones distintas de las moléculas de tRNA. Después de unir el aa otra aminoacil revisa el producto final y si no es correcto lo hidroliza

Iniciación Elongación Terminación El ribosoma se une al ARNm en un codón de inicio La cadena polipeptídica crece al añadirle sucesivos aminoácidos Cuando se encuentra un codón de terminación, el polipeptido se libera y el ribosoma se disocia

Traducción en procariotas & eucariotas

INICIACIÓN Traducción en procariotas & eucariotas ARNm procariota Múltiples sitios de inicio de la traducción ARNm eucariota Único sitio de inicio de la traducción

Pasos Iniciación en Procariotas Union IFs a la Subunidad 30S Unión tRNA Iniciador y mRNA Unión IFs a la Sitio unión ribosoma Pasos Iniciación en Procariotas Hay 3 factores de iniciación IF 1,2 y 3, se unen a unidad < con GTP unido IF2 mRNA y tRNA se unen a unidad < mRNA se une a secuencia shine-D (AGGA) ligeramente adelante codón de iniciación. Esto coloca al codón de iniciación AUG del mRNA en el sitio P donde se puede unir al anticodon del tRNA adecuado La subunidad > se une al complejo. El complejo de iniciación 70S tiene f MET-tRNAfmet en el sitio P del ribosoma. tRNAfmet (AUG) ppermite que Met forme Nformilmetionina luego de la union a tRNA bloqueando grupo amino y dejando libre el carboxilo.

INICIACIÓN DE LA TRADUCCIÓN EUCARIOTA Unión de la subunidad 40s al ARNm, no hay secuencia de Shine-Dalgarno, sino que el ribosoma se une al ARNm al reconocer el cap. 2. Unión del ARNt con el aminoácido Metionina al codón de inicio AUG.

INICIACIÓN DE LA TRADUCCIÓN EUCARIOTA En eucariotas existen 9 factores de inciación denominados eIF1, eIF2, y un iniciador especial tRNAMet eIF2-GTP se une metionil tRNAMet y estos a la unidad < formando complejo que se une a mRNA. El tRNA lo rastrea buscando AUG (kozac) o de iniciación común, entonces la > se une al complejo

ELONGACIÓN Y TERMINACIÓN DE LA TRADUCCIÓN P (peptidil) A (aminoacil) E (liberación)

En el proceso de ALARGAMIENTO se necesitan en Total TRES enlaces de alta energía por cada Aminoácido añadido: *En la formación de aminoacil-RNAt *En la vinculación del aminoacil-RNAt al sitio A *En la traslocación del sitio A al sitio P

El proceso de traducción puede ser llevado a cabo por conjuntos de ribosomas o polirribosomas INHIBIDOR QUÍMICO: La estreptomicina provoca que el aminoacil-RNAt met sea liberado del complejo de inicio Por lo que se disocia el RNA m, y los ribosomas. No se forman nuevas cadenas polipeptídicas y se da la muerte celular

*PROCESO DE TERMINACIÓN: Para la terminación de la síntesis de la cadena se requiere: Reconocimiento de CODONES DE PARO (UAA, UAG, UGA) cuya función es concluir el ensamblado de polipéptidos mediante los factores e liberación RF1 o RF2: • UAG RF1 • UAA RF1 y RF2 • UGA RF2 La unión del factor RF3, junto con la hidrólisis de un GTP provoca la : • Liberación del ARNm. • Disociación de los factores RF1 y RF2. • Disociación de las subunidades ribosómicas.

En eucariotas las funciones de los factores EF-Tu y EF-Ts la realiza el factor eEF1 y la función del EF-G el factor eEF-2. En eucariotas las funciones de RF1 y RF2 sólo la ejerce el factor eRF

Factores de Traducción Función Procariotas Eucariotas Iniciación IF-1, IF-2, IF-3 eIF-1, eIF-1A, eIF-2, eIF-2B, eIF-3, eIF-4A, eIF-4B, eIF-4E, eIF-4G, eIF-5 Elongación EF-Tu, EF-Ts, EF-G eEF-1a, eEF-1bg, eEF-2 Terminación RF-1, RF-2, RF-3 eRF-1, eRF-3 Factores de Traducción

SINTESIS DE PROTEINAS: TRADUCCIÓN

de modo que el RNAm resultante consta de codones que Hebras y direcciones de síntesis Todas las hebras se sintetizan desde el extremo 5' > > > hacia el extremo 3‘. Las cadenas de proteína se sintetizan desde el extremo amino > > > hacia el extremo carboxilo. Regla mnemotécnica para los colores: el extremo Azul es el Antiguo, el extremo Rojo es el Reciente (donde se van añadiendo residuos nuevos). El ARN mensajero se sintetiza de forma complementaria y antiparalela a la hebra molde o plantilla (anticodones) del ADN, de modo que el RNAm resultante consta de codones que corresponden a los de la hebra codificante de ADN. Los anticodones del ARNt adaptan cada codón de 3 bases del ARNm con el aminoácido correspondiente, siguiendo las reglas del código genético: ADN (DNA) Hebra codificante (Codones) 5' > > > - - - - - - T T C - - - - - - > > > 3' Hebra molde (Anticodones) 3'< < < - - - - - - A A G - - - - - - < < < 5' ARNm (mRNA) Mensaje (Codones) 5' > > > - - - - - - U U C - - - - - - > > > 3' ARNt (tRNA) Transferencia (Anticodones) 3'< < < A A G < < < 5' Proteína Aminoácidos Amino > > > Fenilalanina > > > Carboxilo

Flexibilidad de la tercera base del anticodón, tambaleo

Estudios realizados por Sanger en 1955 con la insulina pusieron de manifiesto que las propiedades específicas de las proteínas estaban determinadas por su estructura primaria o secuencia de aminoácidos. Sanger además desarrolló las técnicas de secuenciación de proteínas y determinó la secuencia de aminoácidos de la insulina humana.

La siguiente figura muestra la secuencia de los primeros aminoácidos del extremo amino-terminal de la cadena β de las hemoglobinas A y S. Ingram a la izquierda Secuencia de aminoácidos de la cadena b de las hemoglobinas HbA y HbS

EJEMPLOS

FENILCETONURIA

ANEMIA FALCIFORME

GALACTOSEMIA Es la incapacidad del organismo para utilizar (metabolizar) el azúcar galactosa 1 por cada 60.000 nacidos Los individuos con galactosemia no pueden tolerar ninguna forma de leche (ni humana ni animal) y deben vigilar cuidadosamente la ingesta de alimentos con contenido de galactosa.

HIPERCOLESTEROLEMIA Aferesis LDL

ALBINISMO

ACONDROPLASIA La causa de esta enfermedad es una mutación en el gen que codifica para el receptor 3 del factor de crecimiento fibroblástico (FGFR3), localizado en el cromosoma 4. Existen dos mutaciones posibles que afectan a este gen: G1138A y G1138C. Ambas son puntuales,donde dos pares de bases complementarias del DNA se intercambian

FIBROSIS QUISTICA Cromosoma 7 <> FIBROSIS QUISTICA Cromosoma 7

RETINITIS PIGMENTOSA

DALTONISMO Los genes que codifican los pigmentos de los conos verde y rojo se hallan en el cromosoma X, y el del azul, en el cromosoma 7

HEMOFILIA

nucleotidos transcripcion Polimerasa de RNA mRNA rRNA tRNA traduccion ribosoma Amino acidos

Proteínas y Biotecnología

Actividad: Dramatización del proceso de traducción Actividad: Dramatización del proceso de traducción Paso 1: Transcripción 3’ TACCAAGTAGAATGAGGAGTTGTCTTTTCACGACAGTGGCGGGAG ATACCATTCCATTTACACTTGGTTCAACCGCCTGTTCGTAATCCA GCAAACATC 5’

Actividad: Dramatización del proceso de traducción Actividad: Dramatización del proceso de traducción Paso 1: Transcripción 3’ TACCAAGT AGAATGAGGAGTTGTC T T T TCACGACAGTGGCGGGAG 5’ AUGGUUCAUCUUACUCCUCAACAGAAAAGUGCUGUCACCGCCCUC ATACCAT T CCAT T TACACTTGGT T CAACCGCCTGT T CGT AATCCA UAUGGUAAGGUAAAUGUGAACCAAGUUGGCGGACAAGCAUUAGGU GCAAACATC 5’ CGUUUGUAG3’

Actividad: Dramatización del proceso de traducción Actividad: Dramatización del proceso de traducción Paso 2: Identificar codones 3’ TACCAAGT AGAATGAGGAGTTGTC T T T TCACGACAGTGGCGGGAG 5’ AUGGUUCAUCUUACUCCUCAACAGAAAAGUGCUGUCACCGCCCUC ATACCAT T CCAT T TACACTTGGT T CAACCGCCTGT T CGT AATCCA UAUGGUAAGGUAAAUGUGAACCAAGUUGGCGGACAAGCAUUAGGU GCAAACATC 5’ CGUUUGUAG3’

Actividad: Paso 3: Leer el mARN por el ribosoma 5’ TACCAAGT AGAATGAGGAGTTGTC T T T TCACGACAGTGGCGGGAG 3’ AUGGUUCAUCUUACUCCUCAACAGAAAAGUGCUGUCACCGCCCUC ATACCAT T CCAT T TACACTTGGT T CAACCGCCTGT T CGT AATCCA UAUGGUAAGGUAAAUGUGAACCAAGUUGGCGGACAAGCAUUAGGU GCAAACATC 3’ CGUUUGUAG5’

Estudien....