7.4 ETAPAS DE LA SÍNTESIS DE PROTEÍNAS EN ORGANISMOS EUCARIÓTICOS.

El mecanismo de eucariotas es básicamente el mismo que el mecanismo de procariotas, solo con la mayor parte de las diferencias acumuladas en la iniciación. 

                                                                  

                                                                     DIFERENCIAS

PROCARIOTICOS	EUCARIOTICOS
El ribosoma y sus subunidades son más pequeñas.	El ribosoma y sus subunidades son más grandes.
Los rRNA son menores y hay menos proteínas por subunidades ribosómica.	Los rRNA son mayores y hay más proteínas por subunidad ribosómica.
Una molécula de ARNm contiene muchos lugares de iniciación.	Una molécula de ARNm sólo presenta un lugar de iniciación.
El ribosoma tiene sitio E.	El ribosoma no tiene sitio E.
El mRNA es igual, y sus elementos parecidos son importantes.	El mRNA es diferente y sus elementos distintivos son importantes.
Tienen un factor de iniciación.	Tiene más factores de iniciación.
El codón de iniciación es AUG y el aminoácido que comienza la síntesis es la metionina pero en ocasiones es GUG (valina).	El codón de iniciación es siempre AUG y no hay secuencias Shine-Dalgarno.
La met iniciadora si esta formilada.	La Met iniciadora no está formilada.
Los factores de traducción son iguales.	Los factores de traducción son distintos

Vídeo de Traducción.

Iniciación

En eucariontes, la iniciación comienza cuando la subunidad ribosómica pequeña reconoce primero el extremo 5´ del mensaje que precede al casquete de metilguanosina, y luego se desplaza a lo largo del RNAm hasta alcanzar una secuencia de nucleótidos (típicamente 5´-CCACCAUG-3´) que contiene el tripleto AUG en un contexto en el cual se le puede reconocer como codón inicial (Karp, 1998; Curtis y Barnes, 2001).

A continuación, el primer ARNt iniciador se coloca en su lugar y se aparea con el codón iniciador del ARNm. Este codón iniciador que habitualmente es (5´)-AUG-(3´), se aparea en forma antiparalela con el anticodón del ARNt (3´)-UAG-(5´). El ARNt iniciador entrante, que se une al codón AUG, lleva una forma modificada del aminoácido metionina, N-formilmetionina o fMet. Esta fMet será el primer aminoácido de la cadena polipeptídica recién sintetizada que es rápidamente removido.

El ARNt iniciador está ubicado en el sitio P de la subunidad mayor, uno de los dos sitios de unión para las moléculas de ARNt. Luego, se liberan estos factores de iniciación y la subunidad ribosómica mayor se une a la subunidad menor. La energía para este paso la suministra la hidrólisis del trifosfato de guanosina.

Elongación o alargamiento

Una vez que el ribosoma completo se ha ensamblado en el codón de inciación, comienza la etapa de elongación o alargamiento. Durante esta etapa, elsitio A de un ribosoma será ocupado transitoriamente por sucesivos aminoacil.ARNt.Los aminoacil-ARNt que ocupen el sitio A serán aquellos cuyo anticodón sea complementario al codón que queda expuesto en ese sitio. La entrada del aminoacil-ARNt al sitio A del ribosoma requiere su unión previa con una proteína llamada factor de elongación, que en su forma activa será unida al GTP. Al aparearse el ARNt con el ARNm, se dispara la hidrólisis del GTP por parte del factor de elongación que luego se disocia, permitiendo que el aminoacil-ARNt permanezca unido por un corto período al ARNm.

Cuando los sitios A como P están ocupados, una enzima, la peptidil transferasa, que es parte de la subunidad mayor del ribosoma, cataliza la formación de un enlace peptídico entre los dos aminoácidos, acoplando el primero (fMet) al segundo. El primer ARNt, entonces se libera. El ribosoma se mueve un codón a lo largo de la cadena de ARNm; en consecuencia, el segundo ARNt, al cual ahora se encuentran acoplados la fMet y segundo aminoácido, se transfiere de la posición A a la posición P. Un tercer aminoacil-ARNt se ubica en la ahora vacante posición A, apareado al tercer codón del ARnm, y se repite el paso. La posición P acepta al ARNt que carga con la cadena polipeptídica creciente; la posición A acepta al ARNt que porta el nuevo aminoácido que será añadido a la cadena.

A medida que el ribosoma se mueve a lo largo de la cadena del ARNm, la porción iniciadora de la molécula de ARNm es liberada y otro ribosoma puede formar con ella un complejo de iniciación. Un grupo de ribosomas que leen la misma molécula de ARNm se conoce como polisoma.

Terminación

Cuando el mensaje llega a un codón de terminación, ya no hay ningún ARNt que tenga su anticodón, de manera que ya no se agrega otro aminoácido a la cadena. Se libera el polipéptido formado, la proteína. Se separan las dos subunidades del ribosoma y el ARNm es liberado. 

Bibliografía:

(Curtis y Barnes, 2001; Velázquez, 2007).

7.3 ETAPAS DE LA SÍNTESIS DE PROTEÍNAS EN ORGANISMOS PROCARIÓTICOS.

La traducción de un mensaje del mRNA puede dividirse en tres fases: iniciación, elongación y terminación, fases en las que se necesitan factores de traducción: factores de iniciación (IFs), factores de elongación (EFs) y factores de liberación (RFs).

INICIO DE LA TRADUCCIÓN

La primera etapa comienza con la subunidad menor sola. El IF-1 se une a la base del sitio A para forzar que el primer fMet-tRNA entre en el sitio P. El IF-3 se necesita para estabilizar la subunidad 30S, que sirve para depositar el aminoacil-tRNA Met-tRNA en este caso en el ribosoma. Los 3 IF junto con el mRNA, el fMet-tRNA y la subunidad 30S forman el complejo de iniciación. El tRNA iniciador que reconoce primeramente el AUG en ocasiones GUG y raramente UUG, es especial ya que porta una formil-Met, presenta modificaciones postranscripcionales específicas, sólo puede usarse en iniciación, y es el único capaz de entrar en el sitio P, sin la subunidad mayor del ribosoma.

 

ELONGACIÓN

El crecimiento de la cadena polipeptídica en el ribosoma es un proceso cíclico ya que se repite tantas veces como aminoácidos se incorporen.

Cada ciclo consta de 4 pasos que son:

*Ubicación

El tRNA aminoacilado se dirige al sitio A con el factor de elongación EF-Tu, que al igual que IF-2, lleva GTP. Cuando el aminoacil-tRNA se aloja en el sitio A, el GTP se hidroliza y se libera.

*Corrección

Para dejar el aa-tRNA en su sitio, se tiene que hidrolizar el GTP. Esto es un proceso relativamente lento, que da tiempo a verificar el apareamiento codón-anticodón. Si el apareamiento codón-anticodón es incorrecto, el aminoacil-tRNA se rechaza y queda de nuevo libre el sitio A para aceptar el aminoacil-tRNA correcto.

*Transpeptidación

La cadena polipeptídica enganchada al tRNA del sitio P se transfiere sobre el aminoácido transportado por el tRNA del sitio A. Esta transferencia la cataliza el sitio peptidil transferasa de la subunidad 50S. Concretamente, el rRNA 23S alojado en este sitio catalítico es quien realiza la función catalítica fundamental, actuando como ribozima.

*Translocación

El tRNA descargado del sitio P se transfiere al E y el tRNA que tiene el péptido en el sitio A pasa al P. El desplazamiento hace que el ribosoma avance 3 nt por el mRNA.

Tras la translocación, la cooperación negativa entre E y A hace que no pueda entrar otro aa-tRNA nuevo en A hasta que el que hay en E no ha salido. En este momento se ha completado el ciclo, con la diferencia de que ahora la cadena polipeptídica ha crecido en un residuo y el ribosoma está desplazado 3 nt en el mRNA.

TERMINACIÓN

Determina la síntesis de la proteína cuando el sitio A del ribosoma es abordado por el codón de terminación del ARNm  (UUA, UGA o UAG, indistintamente). Ello deja al sitio A sin el esperado aminoacil-ARNt^AA, aunque pronto es ocupado por un factor de terminación llamado eRF, que sabe reconocer a los tres codones de terminación.

 En síntesis la terminación de la cadena polipeptídica está señalada por el ARNm mediante un codón que no especifica la incorporación de ningún aminoácido . Ese codón de terminación puede ser UUA, UGA o UAG, y sobre él no se une ningún ARNt.

Bibliografía:

*http://www.um.es/molecula/dupli03.htm

*http://payala.mayo.uson.mx/QOnline/sintesisproteinas.html

7.2.3 PROCARIÓTICO

En la célula procariota existen entre 10.000 y 15.000 ribosomas, este orgánulo es portador de la mayoría de las actividades enzimáticas implicadas en la biosíntesis. Contienen el sitio A o aceptor o aminoacilo, donde entra el aminoacil-tRNA. El sitio P, peptidil o donador, es donde está el peptidil-tRNA. También está el sitio E o de eyección o salida que está ocupado por el tRNA que ya no porta aminoácido. En la parte superior de la subunidad mayor, cerca del enlace que une los tRNA con su péptido y su aminoácido, está el sitio peptidiltransferasa.  Tanto el sitio P como el A se forman correctamente cuando se unen ambas subunidades. Sin embargo, el sitio E y el peptidil-transferasa tienen todos sus componentes en la subunidad mayor. 

7.2.4 EUCARIÓTICO

 La estructura en eucariotas es básicamente la misma estructura que el de las procariotas, solo presentan algunas diferencias:

• El ribosoma y sus subunidades son más grandes (40S + 60 S → 80S).
• Los rRNA son mayores y hay más proteínas por subunidad ribosómica.
• La subunidad mayor contiene los rRNA 28S y 5S, pero además una 5,8S adicional que no existe en los procariotas.
• El ribosoma no tiene sitio E. 

  

Bibliografía:

http://aulavirtual.usal.es/aulavirtual/demos/biologia/modulos/curso/uni_01/u1c3s2.htm

7.2.2 ESTRUCTURA RIBOSOMAL.

RIBOSOMA

Los ribosomas son orgánulos sin membrana, sólo visibles al microscopio electrónico debido a su reducido tamaño 

(29 nm en células procariotas y 32 nm en eucariotas). Están en todas las células vivas. Su función es ensamblar proteínas a partir de la información genética que le llega del ADN transcrita en forma de ARN mensajero (ARNm).

ESTRUCTURA

El ribosoma consta de dos partes, la subunidad mayor y una menor, estas salen del núcleo por separado.

El ribosoma procarionta tiene un coeficiente de sedimentación de 70s y está formado por dos subunidades de 50s y 30s. Se puede encontrar en el citoplasma donde recibe el nombre de polisoma o polirribosa.

El ribosoma eucariota tiene un coeficiente de sedimentación de 80s, uno de 60s y otra de 40s Este se puede encontrar unido al retículo endoplasmático rugoso.

La unión de ambas subunidades se realiza en presencia de una concentración 0.001 M de iones Mg, si esta concentración disminuye se produciría la separación de las dos subunidades, es por lo tanto un proceso reversible.

Si la concentración molar de los iones Mg aumenta hasta 10 veces, se produce la unión de dos ribosomas para dar lugar a los dímeros.  La ultraestructura del ribosoma es muy compleja, está formado por ARN ribosómico y proteínas.

Los ribosomas son responsables del aspecto granuloso del citoplasma de las células. Es el orgánulo más abundante, hay varios millones por célula.

FUNCIÓN

La función de los ribosomas es la síntesis de proteínas. Este es el proceso mediante el cual el mensaje contenido en el ADN nuclear, que ha sido previamente transcrito en un ARN mensajero, es traducido en el citoplasma, juntamente con los ribosomas y los ARN de transferencia que transportan a los aminoácidos, para formar las proteínas celulares y de secreción.

El ribosoma lee el ARN mensajero y ensambla la proteína con los aminoácidos suministrados por los ARN de transferencia, este proceso se denomina síntesis de proteínas.

Bibliografía:

*http://www.mitecnologico.com/ibq/Main/EstructuraYFuncionDeLosRibosomas

7.2.1 TIPOS DE ARN.

El ácido ribonucleico (ARN o RNA,) es un ácido nucléico formado por una cadena deribonucleótidos. Está presente tanto en las células procariotas como en las eucariotas, y es el único material genético de ciertos virus (virus ARN). El ARN celular es lineal y de hebra sencilla, pero en el genoma de algunos virus es de doble hebra.

En los organismos celulares desempeña diversas funciones:

TIPOS DE ARN	CARACTERISTICAS
RNA mensajero (RNAm):	Se encarga de llevar la información de los genes a formar proteinas
RNA trasferente (RNAt):	Funcionan como trasportadores que llevan los aminoácidos hasta el RNAm durante el proceso de traducción
RNA ribosomicos (RNAr):	Son componentes de los ribosomas, complejos moleculares que actuan coordinando el ensamblaje de las proteinas.
hnRNA:	Es el precursor del mRNA. Su tamaño es muy heterogéneo, en cuanto se sintetiza, se le unen proteínas, formando el hnRNP.
pre-rRNA:	Es el precursor de los rRNA (el más abundante en las células) y se localiza en el núcleo. La mitad del que se sintetiza se degrada en el núcleo sin llegar a formar un rRNA maduro.
pre-tRNA:	Es el precursor de los tRNA.
snRNA:	Se trata de RNA nucleares pequeños y monocatenarios. Tienen sus propios promotores, se ha descubierto que se encuentra en el retículo endoplásmico para el transporte de proteínas, por lo que se le denomina frecuentemente scRNA.
snoRNA:	RNA nucleolares pequeños y monocatenarios que se obtienen por el ayuste de los intrones, (algunos tienen sus propios promotores). Actúan asociados a proteínas, formando las snoRNP.También se suele considerar que este tipo de RNA es el que hace de plantilla para los telómeros.
miRNA:	Es el microRNA, pequeñas moléculas de RNA monocatenario que regulan la transcripción de determinados mRNA mediante ribointerferencia, o se unen al 3'UTR de un mRNA y bloquean su traducción. Se transcriben a partir de su propio promotor.
siRNA:	Son los RNA interferentes pequeños que se obtienen por la degradación de dsRNA en fragmentos de 21 a 25 nt y que permiten degradar los mRNA complementarios a ellos. Estos siRNA surgen del corte endonucleolítico de los RNA aberrantes celulares.

Bibliografía:

Vázquez, F., Vaucheret, H., Rajagopalan, R., Lepers, C., Gasciolli, V., Mallory, A.C., Hilbert, J., Bartel, D.P. & Crété, P. (2004). «Endogenous trans-acting siRNAs regulate the accumulation of Arabidopsis mRNAs». Molecular Cell 16 (1):  pp. 69–79.

7.2 EL PAPEL DEL ARN EN LA SÍNTESIS DE PROTEÍNAS.

El hecho de que el ARN está involucrado en la síntesis de proteínas, se debe a las investigaciones de Torbjörn Casperson y Jean Branchet a finales de los años 30s.Casperson confirmó, utilizando técnicas microscópicas, que en los eucariontes el ADN está casi exclusivamente contenido en núcleo, mientras que el ARN está distribuido en citoplasma. Branchet, quien trabajaba en el fraccionamiento de organelos, llegó a conclusiones similares, basándose en análisis químicos directos; encontró también que las partículas que contenían ARN, eran ricas en proteínas; posteriormente, a estas partículas, se les denominó  ribosomas (ribo: de ribosa, soma: de cuerpo). Ambos investigadores notaron que la concentración de estas partículas estaba relacionada con la velocidad de síntesis de proteínas en la célula.


Las proteínas que han de construirse, están especificadas en el mRNA y se sintetizan en los ribosomas. Esta idea surge del estudio de la inducción enzimática, que es un fenómeno en el cual las bacterias varían sus velocidades de síntesis de proteínas en respuesta a cambios en el ambiente. Este proceso ocurre como consecuencia de la regulación de la síntesis de mRNA por proteínas que se unen específicamente a los templados para el mRNA en el ADN.


Bibliografía:
http://laguna.fmedic.unam.mx/~evazquez/0403/transcripcion%20procarionte.html

7.1 EL CÓDIGO GENÉTICO

El código genético es la tabla de correspondencia entre las letras del ARN (A C G U) tomadas de tres en tres llamadas tripletes (CODÓN) y los 20 aminoácidos que forman las proteínas.

Se encarga de descifrar a qué triplete de nucleótidos corresponde cada residuo de aminoácido.

El código genético se descubrió que es casi universal: Ya que los mismos codones determinan los mismo aminoácidos en todos los organismos (eucariotas y procariotas).

 Las características del código genético son:

• Un grupo de tres letras adyacentes llamado codón o triplete codifica un aminoácido.
• Es universal ya que los tripletes son los mismos para todos los seres vivos, aunque existen excepciones (ciliados y mitocondrias). Luego, la especificidad reside en su diferente orden.
• Es degenerado, es decir, un aminoácido puede estar codificado por más de un triplete: codones sinónimos , ejemplo leucina (6 codones) tirosina (2 codones).Así, si se produce una mutación, sólo afecta a un aminoácido.
• Es continuo, es decir, no existen interrupciones, comas o puntos que separen los codones.
• Es un código sin solapamientos, es decir, los tripletes no se solapan y cada tres bases se corresponden con un aminoácido. Es muy importante el comienzo del orden de lectura.
• No es ambiguo: La unidad de lectura es el codón (cada triplete de nucleótidos del ARNm codifica para un aminoácido).
• El codón de inicio (principalmente AUG) que codifica a la N-formil-Metionina (procariontes) o a la metionina ( eucariontes).
• El codón de terminación , de stop o “codones sin sentido” (no codifican ningún aminoácido) que provocan la finalización de la síntesis de la cadena polipeptídica son UAA, UAG y UGA.
• No presenta imperfección.

Bibliografía:
Sintesis de poreinas. Candelas Manzano y Mª José Martínez