BIOLOGÍA (08)
CBC
Ciclo Básico Común
Tomados en el 2º cuatrimestre del año 2004.
Profesora: Susana Hernández
Cátedra: Nasazzi
Comisión: 10801
Lunes y jueves de 14 a 17 horas.
Sede Montes de Oca 1200
4º piso, aula 42
Ciudad Autónoma de Buenos Aires
República Argentina
Apuntes tomados como oyente.
ADVERTENCIA: Este material no ha sido producido por los docentes de la Cátedra. Este material ha sido producido por un oyente, por iniciativa propia y de modo independiente. Es una reconstrucción de los apuntes tomados como oyente. Cualquier error, ya sea conceptual, terminológico o de otra índole, no le compete a los docentes de la Cátedra.
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Clase 18
Lunes 25/10/2004
Síntesis de proteínas
Para la traducción se necesitan ácidos ribonucléicos, ARNm que tiene la secuencia de codones que codifican para los aminoácidos de la cadena polipeptídica, ARNr que junto a la proteína ribosomal forman las partículas grande y chica del ribosoma, y también necesitamos el ARNt que es el adaptador que trae el aminoácido correspondiente al codón del ARNm. Asimismo necesitamos aminoácidos, ATP y enzimas.
1º etapa: Activación del aminoácido
El ARNt se une covalentemente con un aminoácido que está suelto (abreviaremos aminoácido como aa). El ARNt es corto en forma plegada de trébol. El ARNt tiene el triplete anticodón, que es complementario del codón del ARNm. Dicho codón del ARNm codifica exclusivamente para el aminoácido que porta el ARNt. No se une a otro aminoácido. Cada ARNt es específico para un aminoácido. Esta activación sucede en el citosol.
El ARNt se une a un aminoácido utilizando la energía de un ATP. Dicho ATP pierde o libera 2 de sus fosfatos, quedando en AMP+2Pi (Pi significa fósforo inorgánico). Esos 2 enlaces rotos aportan mucha energía que queda almacenada en el enlace entre el ARNt y el aminoácido. Es un enlace (~
). El ARNt unido al aminoácido se llama aminoacil~
ARNt.
El aminoacil~
ARNt es rico en energía gracias a los 2 fosfatos desprendidos del ATP. Luego, cuando se unan los aminoácidos en la cadena polipeptídica, se va a aprovechar la energía acumulada en el aminoacil~
ARNt. Esta reacción anabólica endergónica necesita una enzima llamada aminoacil~
ARNt sintetasa. Las enzimas son específicas y por lo tanto, hay al menos 20 enzimas aminoacil~
ARNt sintetasas diferentes, una para cada aminoácido. La enzima aminoacil~
ARNt sintetasa tiene 2 sitios activos, uno para el aminoácido y otro para el ARNt. La enzima aminoacil~
ARNt sintetasa es quien da especificidad al proceso. Esta enzima asegura que la proteína al final salga bien. El ARNt y el aminoácido no se reconocen entre sí, por eso necesitan la enzima. La enzima aminoacil~
ARNt sintetasa cumple el rol de adaptador entre el ARNt y el aminoácido.
Cuando hablemos de transfer, estaremos hablando del ARNt.
2º etapa: Iniciación
Es la etapa de la síntesis de proteínas. Se requiere el ARNm y el ribosoma. Se va a formar un complejo donde el ribosoma (sus 2 partículas grande y chica) se une al ARNm. El ARNm entra en el ribosoma como si se enhebrara una aguja, como un tren ingresando en un túnel.
En el ribosoma entran 2 codones, esto es, 6 nucleótidos. En el ribosoma está el sitio P (sitio peptídico) y el sitio A (sitio aminoácido). El sitio peptídico es el de la cadena peptídica en crecimiento.
Se empieza a leer el ARNm por su codón(1) de iniciación, el triplete especial AUG que codifica para la metionina. El correspondiente anticodón(1) del ARNt es el UAC. Cuando el ribosoma llega al AUG, se une por puentes de hidrógeno el anticodón(1) UAC del transfer(1) y se coloca en el sitio P. Este transfer(1) con el anticodón(1) trayendo la metionina es el único que puede colocarse en el sitio P.
3º etapa: Elongación
Luego se une en el sitio A, el transfer(2) trayendo el aminoácido(2), correspondiente al codón(2) del ARNm.
Una vez que el aminoácido(1) metionina está en el sitio P junto al aminoácido(2) que está en el sitio A, la enzima peptidil-transferasa rompe la unión entre la metionina y el transfer, es decir, rompe la unión entre el aminoácido(1) y el transfer(1). El transfer(1) se libera. La energía liberada es utilizada por la peptidil-transferasa para unir la metionina, esto es, el aminoácido(1), con el aminoácido(2) ubicado en el sitio A. Recordar que la unión (el enlace) entre los transfers y sus aminoácidos es de alta energía.
Una vez que están unidos el aminoácido(1) con el aminoácido(2), el ribosoma se mueve un codón (un triplete) en dirección 5'
3'. El movimiento del ribosoma se llama traslocación. El ribosoma se trasloca un codón. Esto significa que ahora, luego de la traslocación del ribosoma, el transfer(2) con el aminoácido(2) queda en el sitio P, que había quedado libre anteriormente y, el sitio A está libre ahora. Nuevamente se repite todo el proceso: al sitio A llega un transfer(3) con un aminoácido(3) correspondiente al codón(3) del ARNm.
La peptidil-transferasa rompe el enlace entre el transfer(2) y el aminoácido(2) y dicha energía la utiliza la peptidil-transferasa para unir el aminoácido(2) con el aminoácido(3). El ribosoma nuevamente se trasloca un codón en dirección 5'
3' y el proceso se reinicia. En resumen, la peptidil-transferasa rompe la unión entre el aminoácido(n-1) y el transfer(n-1) y utiliza la energía para unir el aminoácido(n-1) con el aminoácido(n). Así se va construyendo la cadena polipeptídica aa(1)-aa(2)-aa(3)-aa(4)…aa(n-1)-aa(n). Las uniones entre aminoácidos son uniones peptídicas. Cada aminoácido aa(n) viene con su transfer(n).
4º etapa: Terminación
Cuando se llega a un codón de terminación STOP, que puede ser UAA, UAG, UGA, se termina la cadena polipeptídica, porque no hay transfers trayendo aminoácidos que puedan unirse a un codón STOP. Entonces la proteína se suelta.
No se requiere ATP para todo esto que hemos descripto porque la energía para la unión de los aminoácidos sale de la rotura de los aminoácidos entre sus respectivos transfers. La enzima peptidil-transferasa es una sola, porque para unir los diferentes aminoácidos no hace falta especificidad, pues recordemos que la especificidad ya estaba en la labor realizada por la aminoacil~
ARNt sintetasa al unir el aminoácido con el transfer para activar el aminoácido. La enzima peptidil-transferasa es la misma, del mismo tipo, y ella separa el transfer(n) de su aminoácido(n) y une el aminoácido(n) con el siguiente aminoácido(n+1).
Se requiere ATP en la activación del aminoácido, en la 1º etapa y, durante la 2º etapa, para el movimiento de traslocación del ribosoma. El movimiento del ribosoma es gracias a proteínas contráctiles.
Se consume mucho ATP para fabricar proteínas, es muy caro energéticamente hablando.
Todo este proceso de creación de una proteína sucede en un ribosoma libre del citoplasma o en un ribosoma del retículo endoplasmático granular (REG). No todas las proteínas empiezan con el aminoácido metionina. Sin embargo al sintetizar las proteínas todas empiezan con metionina y, luego se la puede sacar, en la postraducción, cortando y/o agregando cosas.
Con la proteína ya está expresado el mensaje genético y dicha proteína es la que va a realizar alguna tarea en el organismo. Todo mensaje genético se expresa como una proteína (cadena polipeptídica). Si el mensaje está dañado (mutación), la proteína seguramente no funcionará.
Regulación genética
¿Un gen se está transcribiendo siempre? ¿Cuándo se produce la transcripción y cómo se regula? Esto se llama regulación de la expresión génica y es muy importante.
Vamos a ver en general ejemplos de regulación de la expresión génica en procariontes.
La información genética es la misma en todas las células de un organismo multicelular, porque el ADN de cada célula proviene del mismo ADN inicial (de la cigota). Cada tipo celular expresa diferentes genes, mediante la regulación de la expresión génica y, eso diferencia a las células (diferenciación celular). Una neurona y una célula hepática tienen el mismo ADN, pero se expresan diferentes genes de dicho ADN en una neurona y en una célula hepática.
Mecanismo Operón
El mecanismo operón es típico de procariontes (bacterias). Un operón es una secuencia de genes en el ADN de bacterias. Están ubicados uno a continuación del otro. Tendremos genes, uno o más de uno, que se llaman genes estructurales, que codifican para alguna proteína del organismo.
El ARNm policistrónico tiene más de un gen (típico de procariontes).
Hay un gen regulador que codifica para una proteína regulatoria. El operador, el gen operador, es un lugar del ADN donde se une la proteína regulatoria creada por el gen regulador. Al promotor (la caja TATA) se une la ARN polimerasa. Se transcribe ese gen regulador y la proteína regulatoria sintetizada trabaja en el operador.
Vamos a ver el ejemplo del operón lactosa.
La lactosa sirve de nutriente a las bacterias y para digerir la lactosa necesitan enzimas. Las proteínas necesarias para degradar la lactosa están codificadas en los genes estructurales. Cuando hay lactosa en el medio, se requieren las proteínas. Entonces se transcriben los genes sí y sólo sí hay lactosa en el medio. Cuando no hay lactosa, el gen regulador fabrica una proteína que se fija en el operador y eso obstruye al promotor.
Si el promotor está obstruido, la ARN polimerasa no se puede unir al promotor y no se puede iniciar la transcripción del ARNm, y por consiguiente no se sintetizarán las enzimas. Esto sucede cuando no hay lactosa.
Cuando aparece la lactosa en el medio, la lactosa puede unirse a la proteína regulatoria que está unida al operador obstruyendo al promotor. Eso hace que cambie la conformación de la proteína regulatoria y se suelte del operador, liberando al promotor.
El papel de la lactosa es el de ser inductor de la transcripción de los genes requeridos. La consecuencia de la inducción es que se despeja el promotor porque se suelta el regulador que lo está bloqueando y, comienza la transcripción para sintetizar el ARNm que servirá para la traducción de las proteínas que expresen los genes correspondientes. Llegará un momento en el que ya no habrá lactosa, porque las enzimas sintetizadas por el operón la degradan. Entonces, en ausencia de lactosa, la proteína regulatoria vuelve a unirse al operador, bloqueando nuevamente al promotor.
Veremos otro ejemplo: el operón triptofano.
El triptofano es un aminoácido. Para los humanos es un aminoácido esencial, esto es, no podemos sintetizarlo y debemos obtenerlo del medio. Pero veremos el ejemplo de un procarionte que puede sintetizar triptofano si lo necesita. En este operón lo que cambia es quién es quién. Este operón codifica para las enzimas necesarias para la síntesis del triptofano. Si en el medio hay triptofano, entonces no hay que producir el triptofano, porque se utiliza el que está disponible. Pero en ausencia de triptofano, hay que sintetizarlo y para eso se requieren enzimas.
Esto significa que en presencia de triptofano en el medio, hay que silenciar los genes. El gen regulador produce la proteína regulatoria pero dicha proteína regulatoria no puede unirse al operador, porque su conformación se lo impide. Esto significa que el promotor está libre (en ausencia de triptofano) y se puede iniciar la transcripción del ARNm que servirá para traducir las proteínas necesarias para sintetizar el triptofano.
Si las enzimas se sintetizan, entonces llegará un momento en el que el triptofano va a abundar en el medio. En dicho caso, ya no se requiere sintetizar triptofano porque está presente el necesario. Cuando el triptofano está presente, el triptofano se puede unir a la proteína regulatoria y ahora la proteína regulatoria sí se puede unir al operador obstruyendo al promotor. Esto evita que la ARN polimerasa se una al promotor para iniciar la transcripción de ARNm.
Por lo tanto, la proteína regulatoria se une al operador solamente si la proteína regulatoria está unida al triptofano. Cuando nuevamente no haya triptofano, la proteína regulatoria se suelta del operador, liberando al promotor.
En este caso decimos que el triptofano es un represor de la transcripción.
Estos inductores y represores son señales que sirven para regular el metabolismo. Hay factores nutricionales, hormonales, etcétera. Así se expresan ciertos genes y otros genes no se expresan, dependiendo del tejido. Heterocromatizar regiones del ADN también sirve para regular.
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