Chapter 17 Protein Synthesis S E C T I O N V Illustrations by Graham Johnson Cell Biology, 2e Copyright 2008 by Saunders/Elsevier. All rights reserved.

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1 Chapter 17 Protein Synthesis S E C T I O N V Illustrations by Graham Johnson Cell Biology, 2e Copyright 2008 by Saunders/Elsevier. All rights reserved. Thomas D. Pollard William C. Earnshaw with Jennifer Lippincott-Schwartz José A. Cardé-Serrano, PhD Universidad de Puerto Rico – Aguadilla Biol 4018 – Celular-Molecular

2 Objetivos Al finalizar el estudiante podrá: –Mencionar la maquinaria de síntesis de proteínas (traducción). –Mencionar y Explicar las diferentes fases del proceso. –Conocer el rol y la importancia de las proteínas chaperonas en la producción de moléculas funcionales.

3 De RNA a Proteínas -Ya sabemos que la información está en el DNA -Que ésta es copiada a RNA y luego a proteínas -Como se hace la decodificación? -La secuencia del mRNA es decodificada en grupos de 3 nucleótidos

4 Código Genético -Redundante - varios codones diferentes especifican al mismo aa -PLT o hay mas de un tRNA para varios aa - o algunos tRNA parean con mas de un codón -Ambas cosas ocurren - algunos aa tienen mas de un tRNA para ellos y : -Wobble - algunos tRNAs requieren pareo exacto sólo en los primeras dos bases, toleran disparidad en la tercera base -Hay 20 aa para 61 codones del mRNA usando 31 adaptadores tRNAs -El número de tRNAs varía en especies (humanos 500 genes de tRNA pero solo para 48 anticodones)

5 Genetic code Fig. 17-1 Copyright 2008 by Saunders/Elsevier. All rights reserved.

6 General mRNA Anatomy mRNA AAAAAA AUG STOP Adapted from Gonzalez Lab -UPR-Rio Piedras

7 07_23_tRNA.jpg tRNAs – adaptadores para unir los aa a los codones del mRNA

8 07_26_2_adaptors.jpg Enzimas especificas acoplan los tRNAs a los AA correctos Aminoacil tRNA sintetasa, 1 por aa Une aa al 3 ’ del tRNA

9 07_28_ribosome.jpg SU peq: parea tRNA al mRNA SU gde: cataliza enlace peptido

10 07_27_RibosomesEM.jpg Ribosomas: libres y acoplados al ER Donde se decodifica el código: Ribosomas

11 07_29_binding.site.jpg Como el ribosoma ejecuta todos los movimientos? 3 lugares

12 07_33_mRNA.encode.jpg

13 La secuencia del mRNA se decodifica en grupos de 3 nucleótidos -Transcripción es simple de entender por ser nucleótidos y por ser por complementaridad en base a enlaces de H -Traducción implica pasar la información a otro lenguaje con símbolos diferentes -Porque la traducción no puede ser 1:1? Porque hay 4 letras (nucleótidos) en el mRNA y 20 letras (aa) en las proteínas! -Código genético: -Reglas por las cuales la secuencia de nucleótidos en un gen se traduce en una proteína via un mRNA

14 07_22_readingframes.jpg 3 distintos ORFs para leer cada secuencia

15 Síntesis de Proteínas: Componentes mRNA tRNA Ribosomas Chaperonas Enzimas Factores de regulación ATP o GTP Capítulo 17: pág 297-302 ASIGNADO

16 Síntesis de Proteínas: General Traducción –Tres partes Iniciación –Unidad menor del ribosoma –tRNA inicial –Codón Inicial Extensión –Incorporan los amino ácidos. –Enlace péptido Terminación –Culmina el proceso de traducción.

17 Traducción: Fase de Iniciación Propósito de ésta fase es el colocar el tRNA iniciador en el codón inicial y en el ribosoma –N-formil-metionina en bacterias – metionina en la célula eucariota. 10 factores de iniciación (eIF)

18 Iniciación en Eucariotas Pasos –Formación del complejo de pre-iniciación. Met-tRNA, eIF2a, GTP, unidad menor del ribosoma. –Reconocimiento del gorro en el terminal 5’ del RNA mensajero. Complejo de reconocimiento 4 a 6 factores –ATPasa – helicasa eIF4A (rompe estructura) –Circular

19 Iniciación en Eucariotas Pasos (continuación) –Reconocimiento Complejo de reconocimiento se une al complejo pre-ininicador. –Busqueda del codón AUG –Unión de tRNA eIF2a hidrólisis de GTP

20 Iniciación en Eucariotas Pasos (continua) –Disociación de eIF2a Reciclaje de factores –Unión de las subunidades del ribosoma. eIF5B hidrolisis GTP

21 Iniciación en Eucariotas Regulación –Iniciacion es el paso más regulado de traducción. –Fosforilación de los factores de iniciación. Afecta la afinidad de estos factores por otros sustratos creando una inhibición competitiva. Fosforilación de eIF-4F –Reconoce el gorro en el 5’ del mRNA.

22 Translation initiation in eukaryotes Fig. 17-9 Copyright 2008 by Saunders/Elsevier. All rights reserved.

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24 Extensión en Eucariotas Acoplamiento perfecto entre el aminoácido, el anticodón y el codón. –Requiere energía Proceso envuelve cuatro pasos. –Unión de tRNA-aa en el sitio A del ribosoma. –Verificación de que es el tRNA-aa correcto. –Formación del enlace péptido –Translocación Adelantar el mRNA un codón. Mover la cadena peptídica-tRNA del lugar A al lugar P en el ribosoma. Ocurre en la cavidad entre las unidades del ribosoma. Utiliza factores de extensión (eEF).

25 Extensión: Primer Paso Unión del tRNA activado –tRNA-aa –Factor envuelto: eEF1A GTPasa Lleva el tRNA activado al sitio A –2ndo factor envuelto: eEF-X Se une al nucleótido para re-activar el mismo.

26 Extensión: Segundo Paso Verificación –Mecanismo cinético –Envuelve dos reacciones Hidrólisis del GTP Disociación del GDP-eEF-1 –Reacciones son irreversibles. –Si la lectura del codón es correcta AA permanecerá en su lugar hasta la formación del enlace péptido. Si no es correcta, se separará del sitio A antes de que ocurra la formación del enlace péptido.

27 Extensión: Tercer Paso Formación del enlace péptido –Ataque nucleofílico de la Adenina Grupo amino libre en el tRNA activado que se encuentra en el sitio A. Lo une al grupo carboxílico esterificado de la cadena peptídica-tRNA que se encuentra en el sitio P. –Se pierde agua y se forma un enlace péptido.

28 Extensión: Cuarto Paso Translocación –Mediado por el factor eEF-2 GTPasa Posee 5 dominios –Ocurre en tres reacciones en cadena Hidrólisis de GTP –Dominio 1 de eEF-2 Mover GTP-eEF-2 al sitio A –Dominios 3 al 5 Mover el tRNA deacetilado fuera del sitio P.

29 Terminación en Eucariotas Ocurre cuando un codón terminal llega al sitio A del ribosoma. Factor de terminación envuelto –eRF1 Se une al codon Requiere uso de energía (GTP) Hidroliza el enlace ester del tRNA que contiene la cadena polipeptídica. Libera la cadena polipeptídica. Se disocian las subunidades del ribosoma.

30 Polypeptide elongation & termination in eukaryotes Fig. 17-10 Peptide bond formation Copyright 2008 by Saunders/Elsevier. All rights reserved.

31 07_30_3_step_cycle.jpg

32 07_34_stop codon.jpg

33 Rol de las Chaperonas Procesos de doblamiento –codificados en la secuencia de aminoácidos. –comienza con los primeros 40 aminoácidos Chaperonas –Ayudan a la proteína a obtener la conformación correcta para su función biológica. Evitando desnaturalización irreversible Formación de agregados Evitando destrucción por proteólisis. –Existen dos tipos de chaperonas HSP y sus reguladores Chaperoninas

34 Chaperonas: HSP70s

35 HSP70 protein folding cycle Fig. 17-14 Copyright 2008 by Saunders/Elsevier. All rights reserved.

36 Fig. 17-15 Stabilization of steroid hormone receptors by HSP90 Copyright 2008 by Saunders/Elsevier. All rights reserved.

37 Chaperoninas Proteínas en forma de barril. Obtiene conformación en el barril. En E. Coli –Gro EL –Gro ES

38 07_24_UUU codes.jpg How We Know?: Cracking the Genetic Code

39 07_25_coding.jpg

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41 Mechanism of puromycin Fig. 17-11 Copyright 2008 by Saunders/Elsevier. All rights reserved.

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43 Preguntas