Translation according to Watson's molecular biology of the gene, chapter 15 (7th edition) Biologia Molecular de Salazar, capitulo 6
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Purpose: interpret gene info in mARN (codons) to generate proteins.
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Characteristics: (1) highly conserved process across organisms; (2) energetically costly (bacteria: takes up 80% of the cells energy and 50% of it's dry weight.); (3) synthesis of a single protein requires the coordinated action of over a 100 proteins and RNAs.
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Challenges in translation: (1) it is harder to transfer genetic info during translation vs transcription; (2) aminoacids have little to no affinity for for nitrogen bases (no direct contact with the mRNA strand), especially if the amino acids are aromatic
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Crick's Theory: There is a RNA molecule pasting AA (amino acids). Paul C. Zamecnik and Mahlon B. Hoagland proved that there is a certain type of ARN molecule to AA attach to before being transferred to the polypeptide chain (tARN)
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- se cargan mediante las aminoacil-ARNt sintetasas y la hidrolisis de dos ATP (uno remueve el PPi y el segundo hidroliza el PPi a dos acidos fosforicos inorganicos con la ayuda de una pirofosfatasa)
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- lo anterior permite que el AA se una a su ARNt especifico
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- AA al cargarse al ARNt libera un AMP + 2Pi y a la enzima
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- complejo aminoacil-ARNt formado
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Prokaryotes: Shine-Dalgarno sequence (RBS)
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Eukaryotes: 5' cap
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Because prokaryotes have mARN that codes for many proteins, it creates a phenomenon called polirribosome
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Prokaryotes: (1) RBS (Shine-Dalgarno); (2) Kozak sequence
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(1) 5'-AGGAGG-3'; (2) 5'-ANNAUGG-3': interacts with the initiator tARN instead of the ribosome (unlike eukaryotes.)
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Eukaryotes: (1) 5' cap; (2) Kozak sequence; (3) poly-A tail
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(1) connected to the 5' end of mARN through 3 phosphate groups. Unusual 5' to 5' linkage; (2) 5'-ANNAUGG-3': it's presence makes translation more effective although some mARNs lack it; (3) added enzymatically. enhances level of translation and prevents the lost of information.
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(1) union de la subunidad menor del ribosoma al ARNm a traves del ARNr con ayuda de factores de iniciacion
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(2) el ARNt iniciador con una metionina o formil-metionina entra al sitio P (el unico en poder hacerlo) y reconoce al codon AUG e inicia la traduccion. el reconocimiento del sitio P esta mediado por el IF-3 o eIF-4
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(3) el IF-2 se asocia con el GTP y estabiliza al ARNt con el complejo ribosomal si el codon y anticodon es complementario, hidrolizando al GTP
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union del ribosoma al ARNm
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- bacterias: secuencia SHine-Dalgarno (RBS) en el ARNm
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- eucariotas: secuencia Kozak en ARNm
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Formacion de enlaces peptidicos: el radical carboxilo (-COOH) del AA iniciador se une con el radical amino (NH2) del siguiente AA
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Catalizador de enlaces peptidicos: enzima peptidil-transferasa
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(1) decodificacion del aminoacil-ARNt en el sitio A
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(2) Transferencia del AA al peptidil-ARNt
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(3) desplazamiento del ribosoma
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3 en 1: Se vuelve a hidrolizar un GTP originado en la proteina EF-G o EF-2 que permite la traslocación del ribosoma hacia el extremo 3' del ARNm el cual se da cuando el sitio P se encuentra ocupado por un ARNt sin AA lo cual provoca estre desplazamiento y su colocacion en el sitio E.
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- Se da cuando se lee en el sitio A uno o mas tripletes sin sentido en el ARNm que no codifican para AA.
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- los factores de liberacion reconocen al codon de terminacion y necesitan de una molecula de GTP para liberar a la cadena polipeptidica del complejo traduccional (ARNm + ribosoma) y se disocie la union entre ARNm y ARNr
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{a} Factores clase I: especificos de codon (RFR-1 y 2 para pro, y eRF1 para eu)
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{b} Factores clase II: no especificos que unen un nucleotido G (RF-3 en pro, eRF-3 en eu)
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(1) los Rf reconocen al codon de terminacion, el centro de transferencia del enlace pep dentro del ribosoma llamado dominio V localizado en la subunidad mayor del ribosoma, lo que permite la liberacion de la cadena peptidica del ARNt
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(2) el complejo traduccional se disocia por el factor de reciclaje del ribosoma que permite que el ribosoma, ARNt y factores de liberacion se vuelvan a usar en otra sintesis proteica. tambien el ARNm queda libre y se puede leer de nuevo.
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- eucariotas: factor de liberacion (factor de reciclaje del ribosoma
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- bacterias: RRF por sus siglas en ingles (factor de reciclaje del ribosoma)
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isoprenoides: geranilo (10C) y farnesil (15C) de la via del colesterol del met. se unen a residuos de C en el extremo C-terminal con un enlace tioeter (C-S-C)
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secuencia concenso comun en el extremo C-terminal: CAAX (cisteina-aa-aa-aa C-terminal).
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- para que la prenilacion ocurra se retiran los tres AA (AAX), se une el grupo prenilado y el carboxilato de la C se metila con SAM como donante.
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grupos prenilados: geranilo (10C), farnesil (15C) y gerarilgenarnilo (20C)
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- ellos se unen a proteinas receptoras unicamente
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- proteinas de la respuesta inmune (motilidad, activacion y proliferacion de leucocitos)
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- farnesilo: proteinas ligadoras e hidrolizantes de GTP (RAS) y proteinas G (se unen e hidrolizan GTP en cascadas de señalizacion intracel.) base de las proteinas antiinflamatorias de farmacos INH de colesterol, disminuyen la sintesis de farnesil-piroP y genaril piroP, reduciendo episodios inflamatorios
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- las proteinas que INH son antibioticos en bacterias
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Agrupaciones
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(a) INH del reconocimiento de un aminoacil-ARNt en el sitio A del ribosoma: tetraciclinas
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(b) Induccion de presencia de errores en la lectura del ARNm: aminoglucosidos (estreptomicina)
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(c) INH de la formacion del enlace peptidico: puromicina
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(d) INH de la traslocacion del peptidil-ARNt desde el sitio A al P: Macrolidos y lincosamidas
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(e) Bloqueo de factores de elongacion: cloranfenicol
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Polycistronic: more than one ORF in the mARN
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Monocystronic: one ORF in the mARN
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Translational coupling: can cause mutations when upsteam bases are not translated before downstream ones
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It is a string of composed, contigous, non-overlapping codons
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every mARN has them
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cada ORF specifies an especific protein and ends inside of the mARN (the mARN can have more than one ORF)
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va de codon de inicio hasta codon de terminacion y hay muchas maneras en las que puede acabar el reading frame dependiendo de donde este ubicado el codon de terminación
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Functions of the start codon: (1) encorporates the first AA into the polypeptide chain; (2) it defines location of all the other codons in the sequence
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Eucariots always start wit AUG, but bacteria may start with that or GUG/UUG.
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Any stretch of mARN can be read in different ways due to the length of the codons and because they are not overlapping each other
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- ruta que siguen las proteinas en la celula hasta alcanzar su localizacion intra o extracelular donde ejercen su funcion.
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- la topogenesis se realiza en el citosol donde participan varios organelos (RER, AG, Mt, peroxisomas y lisosomas)
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- todas las proteinas que van a algun organelo o al mismo citosol van al citoplasma para recibir su secuencia señal de donde deben dirigirse
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- las peptido señales indican si la proteina es de membrana, lisosomal, de secrecion, etc. y las que no tienen ninguna señal se quedan en el citosol
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- la peptido señal se sintetiza durante la sintesis de proteinas
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- las peptido señales son secuencias cortas de AA normalmente ubicados en el extremo N-terminal que marca a la proteina recien sintetizada
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- la peptido señal tiene tres secciones: uno o mas AA en el extremo N-termina, seis o siete AA hidrofobicos en la region central y la parte C-terminal hidrofila reconocida y cortada por una peptidasa del lider.
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Mecanismo de accion: (1) la sintesis de proteinas de secrecion inicia en ribosomas citosolicos. su secuencia señal sale del ribosoma y se une inmediatamente a la perticula de reconocimiento señal (SRP) que se encuentra en el RER e interrumpe momentaneamente la sintesis proteica, disociando al ribosoma y la sintesis se reinicia. este proceso requiere de GTP.
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(2) la SRP es una ribonucleoproteina formada por seis polipeptidos y un scARN.
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(3) la proteina TRAM (traslocacion a traves de la membrana) se une a la peptido señal y junto a las Sec (A, Y y E) forman el complejo de traslocacion que lleva a la proteina adentro del RER.
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(4) la peptido señal es eliminada por escicion proteolica (peptidasa)
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(5) se disocia el ribosoma de la membrana y se renueva el ciclo
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- algunas proteinas pueden atravesar la membrana del RER y mientras eso pasa se utilizan una o mas proteinas para mantenerla desnaturalizada (parcial o totalmente) mientras pasa
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Trafico intracelular: las proteinas de secrecion se destacan mas aqui y ocurre a traves de la membrana del RE y el AG.
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- N-terminal normalmente
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- metionina (indicador) es hidroxilada y un grupo acetilo se agrega al nuevo AA N-terminal
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- ocurre en 50% de las proteinas eucariotas
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- resistente a su degradacion
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- acetilacion reversible de la histona H4, lo cual regula la condensacion de la cromatina
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Donador Acetil-CoA y miristoil-CoA
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- grupo miristoil de 14 C en N-terminal lo cual permite la asociacion de la proteina modificada con las membranas
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- subunidad catalitica de la proteincinasa dependiente del cAMP (PKA) miristoilado
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DONDE OCCURREN: la mayoria ocurre en la N-terminal de la proteina
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{1} estabilidad: las protege de la degradacion y desnaturalizacion
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{2] actividad enzimatica: activa o desactiva enzimas debido a cambios aen la estructura tridimensional i interaccion con otros componentes celulares
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{3} localizacion subcelular o topogenesis les dice a las proteinas si ir al nucleo o RER, por ejemplo
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{4} interacciones proteina-proteina: afecta interacciones entre proteinas
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{5} activacion biologica: union a sustratos o regulacion de las vias de señalizacion intracelular
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Carboxilacion
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- se añade un CH+2 a la cadena lateral de un AA del D (beta-carboxiaspartato) o del E (gamma-carboxiglutamato
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- es esencial para la trombina como factor de coagulacion por su accion quelante hacia el Ca+2.
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_ la vitamina K es cofactor de la carboxilacion del E, sin el se genera el sindrome hemorragico.
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- ocurre en N (permanente en mamiferos) y O (reversible)
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Donador: S-adenosilmetionina (SAM)
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- estabilidad
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Metilaciones comunes en N
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Metilaciones comunes en O
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- epsilon-amina de residuos de lisisna
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- grupos R de E y D, formando esteres metilados
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- anillo imidasolico de la histidina
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- grupos R-tioles de la C en proteinas
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- grupo guanino de la R
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- metilacion de la H4 en histonas para la estructura de la cromatina y actividad transcripcional; K-20 de las H4 en miocitos (monometil y dimetil-K)
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- grupos R de E y D
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- metilacion de las H4 en el citocromo C (monometil y dimetil-K
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- proteinas citosolicas insolubles sintetizadas en ribosom as libres
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- afecta cadenas laterales y/o extremos del polipeptido
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- aumento de hidrofobia
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- proporciona punto de anclaje de la proteina
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Acidos G usados_ miristato (14C), ´´almitato (16C), esterato u oleato (18C)
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- ocurre en S y T, formando un enlace ester con el grupo -OH
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- ocurre en C formando un enlace tioster con el SH
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- procesamiento proteolico
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- mas comun de todas las modificaciones
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- lamayoria de proteinas maduras passan por este proceso
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- se les recorta el grupo metilo (o-M) despues de emerger del ribosoma para su activacion mediante la proteolisis limitada
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- presursores inactivos ->proteolisis limitada->proteina funcional
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- EJ: Tripsogeno-> tripsina
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proteinas inactivas: proproteinas
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proteinas activas/segmentos extraidos:propeptidos
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reglas
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(1) la segunda y terca base del anticodon se un a la primera y segunda del codon mediante puentes de hidrogeno lo cual genera la especificidad de la interaccion codon/anticodon
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(2) el bamboleo o fluctuacion se da cuando la primera base del anticodon se orienta o gira de maneras ligeramente distintas
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notas
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- creada por Watson y Crick
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- ocurre entre la tercera base del codon y la primera del codon
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- las reglas surgen de la teoria de que el primer nucleotido del anticodon puede complementarse con mas de un nucleotido en la tercera posicion del codon (ej, U se une a A o G)
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- si posee un ARNt una inosina en la posicion 3 puede reconocer codones que terminan con C, U o A
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- una G en la posicion 3 se une a codones que terminen con U o A
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1) mARN: template for translation
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2) tARN: provides physical interface between mARN and AA
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3) aminoacil sintetasa: montan a los AA a tARN especificos que reconocen a su AA montado encima
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4) ribosome: (a) compuesto por mARN y proteina; (b) multimegalodalton machinery; (c) coordina el reconocimiento correcto de los codones de mARN hecho por cada ARNt; (d) cataliza la formacion de enlaces peptidicos entre la cadena peptidica creciente y el AA añadido en la secuencia
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- contiene el orden especifico de cada AA en la cadena polipeptidica
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Notas
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- lleva info gen del nucleo a los ribosomas del citoplasma para la sintesis proteica
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- esta estructurado por tripletes conformados por bases ribonucleicas
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- There is a diffferent type for each AA as one type recognizes one AA
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- 75 and 95 ribonucleotides in length
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- ends with 5'-CCA-3' in the acceptor arm for an AA to join
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- Presence of odd nitrogen bases (pseudouridine, dehydrouridine, etc)
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- Variable loop is 3-21 nucleotides in length
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- U loop: pseudouridine
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- D loop: dihidrouridina
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- Anticodon region: recognizes an mARN's codon secuence by base pairing (3'-purine; 5'-uracil)
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- es una enzima encargada de montar AA a los ARNt
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- tARN isoaceptantes reconocen mas de un tipo de aminoacil transferasa.
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- La mayoria de los organismos tienen mas de 20 aminoacil transferasas, pero no siempre. NOTA: algunas bacterias no tienen la sintetasa para cargar la glutamina y usan otro tipo de aminoacil sintetasa para hacerlo (Glu y Gln)
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-La especificidad del tARn al escoger aminoacil transferasas viene de dos lugares: el brazo aceptor (base discriminadora) y el blucle del anticodon.
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- Tipicamente ocurren errores de carga de AA de 1 en 1000
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- es facil enter diferencias entre el triptofano y cisteina, la fenilalanina y tirosina,
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- estas enzimas tienen una envaginación que las ayuda a proofread como las ADN pol y las usan para leer el producto de la adenillilacion llevando a cabo una hidrolisis del AA equivocado (rechazado) o tamb se rechaza cuando no cabe el AMP-AA y tiene un error rate de 0.01%
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Clases de sintetasas: (1) Enzimas clase I - unen al AA al 2'-OH del tARN y son generalmente monomericos. (2) Enzimas clase II - uenen al AA al extremo 3'-OH del tARN y suelen ser dimericos o tetradimericos. (3) Ambos: una vez liberado el AA equilibra rapidamente la union en el 3'-OH y 2'-OH
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- Estas enzimas estan encargadas de cargar a los tARN con sus respectivos AA.
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- compuesto de mARN y proteina
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- maquina multimegadalton
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- coordina el reconocimiento correcto de los codones de mARN hecho por tARN
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- cataliza la formacion de los enlaces peptidicos entre la cadena peptidica y los AA de los tARN seleccionados
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- desventaja: no es especifico y si se cargan los AA incorrectos a los tARN los accepta si tienen una interaccion adecuada con el anticodon.
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Eucariotas
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Procariotas
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28S (4800bn) + 5.8 (160bn) + 5 (120bn) + 50 L1, L2, L3 = subunidad mayor (60S)
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23S (2900bn) y 5s (120bn) + L1, L2, L3 (31 de ellas) = subunidad mayor (50S)
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18S (1900bn) + 33 S1, S2, S3 = subunidad menor (40S)
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16S (1540 bn) + S1, S2, S3 (21 de ellas) = subunidad menor (30S)
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60S + 40S = 80S
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50S + 30S = 70S
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- N-terminal normalmente
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- metionina (indicador) es hidroxilada y un grupo acetilo se agrega al nuevo AA N-terminal
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- ocurre en 50% de las proteinas eucariotas
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- resistente a su degradacion
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- acetilacion reversible de la histona H4, lo cual regula la condensacion de la cromatina
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Donador Acetil-CoA y miristoil-CoA
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- grupo miristoil de 14 C en N-terminal lo cual permite la asociacion de la proteina modificada con las membranas
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- subunidad catalitica de la proteincinasa dependiente del cAMP (PKA) miristoilado
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- modificacion del sulfato
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- ocurre en residuos de Y en los fibrinogenos y algunas proteinas secretoras
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Donador: 3'-fosfoadenosil-5'-fosfosulfato (PAPS)
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- permanente
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- actividad biologica no reguladora
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- glicanos (oligosacaridos) se unen de manera covalente con algunos AA
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- no regula nada
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- solubiidad de proteinas y plegamiento correcto de los dominios
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- estabilidad estracell para que no se degrade
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- proteinas de membrana, casi no en intracelulares
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- eucariotas, virus, pero no procariotas
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- la hidroxilacion es la funcion de las hidroxilasas presentes en el RE (catalizar grupos -OH a algunas proteinas)
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- depende de vitamina C (cofactor)
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- ocurre en K, P (50% de ellas presentes en colageno) y amidacion del C-terminal
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enzimas: prolil hidroxilasa (P) y lisil hidroxilasa (K)
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- donante de la amidacion del C-terminal: G
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- colagenos; hormonas pep (oxitocina y vasopresina) amidadas en la C-terminal.
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- mala hidroxilacion del colageno lleva a escorbuto junto a un deficit de vitamina C
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Proceso - traduccion
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iniciacion:
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- ribosomas: encargados de la sintesis proteica
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- ARNt iniciador: sitio P (peptidil-ARNt)
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- factores de ini.: responsables de la formacion del complejo traduccional, colocacion del ARNm en el ribosoma y el ARNt iniciador en el sitio P
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enlongacion:
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- EF-Tu se une al aminoacil-ARNt y lo lleva al sitio A
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- EF-G: desplazamiento del ribosoma a lo largo del ARNm
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- aminoacil-ARNt: llevan un AA especifico y se emparejan con el codon del ARNm
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terminacion
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- factores de liberacion especificos
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- factores de liberacion no especificos
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- se disocia el ribosoma del ARNm y ambos quedan libres
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Proceso - traduccion
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Iniciacion:
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eIF1, eIF1A, eIF2, eIF3 y eIF4F: ayudan a posicionar el ribosoma en el codón de inicio AUG del ARNm y promueven la unión del complejo de iniciación ribosomal.
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aminoacil-ARNt iniciador: lleva un M al sitio P del ribosoma
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Enlongacion:
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aminoacil-ARNt: llevan AA especificos al sitio A del ribosoma como lo vaya pidiendo el ARNm
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eEF1A: se encarga de llevar los aminoacil-ARNt al sitio A del ribosoma
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eEF2: promueve el desplazamiento del ribosoma a lo largo del ARNm durante la translocación.
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Terminacion:
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eRF1: se une al codón de terminación en el sitio A del ribosoma y promueve la liberación de la cadena polipeptídica completa
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eRF3: actúa como un cofactor para eRF1
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y los ribosomas
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Ribosomas: se une al ARNm al principio y se separa de el al final de la sintesis proteica.
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- muy comun en cells animales
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- reversible (fosforilacion y desfosforilacion)
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- mecanismo de regulacion de la actividad biologica de una proteina por modificacion covalente
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- se pueden agregar uno o mas P
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- EJ: sintesis de glucogeno, fosforliacion de glucogeno en hepatocitos en respuesta al glucagon del pancreas; puede inhibir su actividad a medida de que la actividad de las fosforilasas aumenta
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- la fosforilacion de los grupos fosfato es un interruptor que apaga o prende el proceso de division celular, y si ocurre una mutacion en el material genetico que cambia a un AA por otro en una proteina de la division celular, hace que estas se multipliquen sin control ya que se pierde el sitio de union del P que bloquea su accion
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- proteinas que fosforilan: cinasas (ATP + proteina <-->fosfoproteina + ADP)
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- proteinas que desfosforilan: fosfatasas
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cells animales: S, T y Y estan sujetas a la la fosforilacion que afecta a si gupo -OH
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- el nivel de fosforilacion de la Y es menor, pero su fosforilacion es muy importante para la actividad de receptores del factor de crecimiento controlada por su fosforilacion.
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- ocurre en el RE por la proteina disulfuro-isomerasa por su ambiente oxidante
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- proteinas secretoras, lisosomales, y dominios exoplasmaticos de proteinas de mem.
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- excepciones: proteinas citosolicas de emergencia cuando el potencial reductor de la cell falla, que funcionan como sensores de oxidacion por residuos de C uno contra otro y accionan mecanismos celulares en respuesta
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- proteinas forman enlaces covalentes entre si mediante estos tipos de puentes de enlace entre la C de la misma cadena (intracaterina) o de otra cadena (intercaterina)
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- ocurre mas en proteinas extracel que intracel
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- favorece el plegamiento correcto, protegen a la conformacion nativa de proteina la degradacion
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Cheatography n. The art of mapping complex subjects into clear, instantly navigable reference guides.
