Biosintesis De Proteinas

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Aspectos bioquímicos asociados a la  síntesis de proteínas í i  d   í

Mónica Patricia Osorio Tangarife; Guillermo Salamanca Grosso Mónica Patricia Osorio Tangarife; Guillermo Salamanca Grosso

Universidad del Tolima F Febrero de 2009 b  d  

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BIOSINTESIS DE PROTEINAS

Contenidos

• Introducción • Transcripción

Brazo aceptor  de AA

Lazo 1

• Traducción Lazo 3

• Conclusiones Universidad del Tolima Colombia

Lazo 2

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Introducción

Consideraciones previas

• Las funciones del ADN y ARN están determinadas por la complementariedad de las bases y por la unión de proteínas. • Los genes determinan proteínas. El DNA se transcribe a RNAm, traduciéndose a una cadena d polipeptídica. li tídi • La función de las proteínas esta determinada por su forma, tamaño y propiedades de unión, unión a su vez determinadas por la secuencia aminoácida. aminoácida • Los cambios en la secuencia de ADN pueden originar cambios en la secuencia de aminoácidos, aminoácidos provocan mal funcionamiento de las proteínas. proteínas

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Ácidos nucleídos

Composición estructural

Fosfato

Moni Di Tri

Azucares 

Ribosa Desoxiribosa

Bases nitrogenadas Bases nitrogenadas 3

Purinas: A ‐ G Pirimidinas: U ‐ T ‐ C 

Propiedades • Son planas.  Son planas Son bases débiles Son bases débiles • Absorben en la región  ultravioleta.

5`

Guanina

Adenina Purinas

Timina  (ADN)

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Citosina

Pirimidinas

Uracilo  (RNA)

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ADN

Polinucleótidos constituidos por d‐AMP, d‐GMP,  p d‐CMP, d‐TMP.   

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ADN

Polinucleótidos constituidos por d‐AMP, d‐GMP,  d‐CMP, d‐TMP.   

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ADN

Polinucleótidos constituidos por d‐AMP, d‐ GMP, d‐CMP, d‐TMP.   

3´ 5´

ESTRUCTURA

Primaria

Secundaria

Terciaria

3´

5´ Universidad del Tolima Colombia

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ARN

Polinucleótidos constituidos Ribosa. A diferencia de ADN reemplaza la Timina por Uracilo. No forma dobles cadenas.

• Constituido por única cadena sin estructura superior. Masa molecular elevada. RNAm

Tipos

• Contiene información genética del ADN, para utilizarla en la síntesis de proteínas. • Determina el orden en que se unirán los aminoácidos. • Se sintetiza i i en ell núcleo ú l celular l l y pasa all citoplasma. • La L duración d ió en ell citoplasma it l es escasa ya que después de la traducción es degradado por enzimas específicas. Universidad del Tolima Colombia Griffiths, A.; Gelbart, W.; Miller, J.; Lewontin, R. 2000.

Grupo de Investigaciones Mellitopalinologicas y Propiedades Polinucleótidos Fisicoquímicasconstituidos de Alimentos Ribosa. A diferencia

ARN

de ADN reemplaza la Timina por Uracilo Uracilo. No forma dobles cadenas. cadenas

• Transporta p los aminoácidos p para la síntesis de proteína.

RNAt

• Formada por una sola cadena (en ciertas zonas se encuentra t plegada l d y asociada i d i t internamente t mediante PH entre bases complementarias.

Brazo aceptor  de AA

• Peso Molecular es de 25.000 Dalton

Tipos

Lazo 1

• Formado por 70 a 90 nucleótidos que se forman después de la transcripción, mediante modificación enzimática Constituye el 15% del total del ARN. enzimática. ARN • Se sintetiza en el núcleo y sale al citoplasma a realizar su función. • Se distingue el anticodón y el brazo aceptor de aminoácidos. Universidad del Tolima Colombia

Griffiths, A.; Gelbart, W.; Miller, J.; Lewontin, R. 2000.

Lazo 3 Lazo 3

Lazo 2

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BIOSINTESIS DE PROTEINAS

Contenidos

9 Introducción Brazo aceptor  de AA

• Transcripción p Lazo 1

• Traducción Lazo 3

• Conclusiones

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Lazo 2

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Transcripción

ARN

ADN ARN Polimerasa

1. Iniciación: Una ARN‐polimerasa comienza la síntesis del precursor del ARN a partir de unas señales de iniciación "secuencias secuencias de consenso " que se encuentran en el ADN

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Transcripción

ADN

ARN

2. Alargamiento: La síntesis de la cadena continua en dirección 5´ → 3´. Después de 30 nucleótidos se le añade a la cadena un extremo iniciador de metil‐GTP, en 5´ (función protectora de exonucleasas que destruyen ARN no ataquen).

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Transcripción

ADN

ARN

3. Finalización: Cuando ARN‐polimerasa p llega g a la región g terminadora del gen, finaliza la síntesis. Una PoliA‐polimerasa, adiciona nucleótidos con Adenina, la terminación PoliA y el ARN, llamado ARNm precursor, se libera. PoliA‐polimerasa

ARNm precursor

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Transcripción

ARN

ADN

4. Maduración: ARN‐precursor contiene intrones y exones. El ARNm no es apto para que la información que contiene sea traducida. traducida Un sistema complejo de enzimas transcriptasas reconoce, corta y retira los intrones y las ARN‐ ligasas unen los exones.

Terminación

Iniciación

ARN ligasas ARN‐ligasas

Iniciación

Terminación

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NUCLEO O

Complejo enzimático

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BIOSINTESIS DE PROTEINAS

Contenidos

9 Introducción I t d ió 9 Transcripción T i ió

Brazo aceptor  de AA

Lazo 1

• Traducción T d ió Lazo 3

• Conclusiones C l i Universidad del Tolima Colombia

Lazo 2

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Traducción 

ARN

PROTEINA Crick

ARNm, posee estructura primaria complementaria de las cadenas de ADN. Esta disposición ó de bases b es la l que codifica f la l secuencia de aminoácidos. á Se demostró ó que los aminoácidos en las proteínas están codificados por tripletes consecutivos del ARNm, a partir de la secuencia AUG, complementaria de TAC del ADN.

ARNm Códon

Al haber h b en las l proteínas t í 20 AA, AA una o dos d bases b no son suficientes para codificarlos. Al tener A, G, C, U, existirán 64 codones y 20 AA, (varios tripletes codificaran un mismo aminoácido). Universidad del Tolima Colombia

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T d ió Traducción 

PROTEINA

ARN

Los aminoácidos no poseen ninguna afinidad por los ácidos nucleídos, se unen a la molécula adaptadora específica RNAt, formando aminoacil‐RNAt

3

ARNm

Códon

5 ARNm M Monoacil‐ARNt il ARN sintetasa i

20AA

Ribosomas ib

Peptidiltransferasas  GTP

AMP + PPa

ATP

Mg+

COO‐

> 20AA ‐ ARNt

GDP + Pa

Mg++ , K+ NH3+

> 20 ARNt > 20 ARNt Universidad del Tolima Colombia

Cadena polipeptídica

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TRADUCCIÓN Síntesis proteica 1. Formación de Aminoacil‐ARNt 2. Formación de Ribosoma

Iniciación

3 Síntesis de cadenas polipéptidas 3. Síntesis de cadenas polipéptidas

Elongación Terminación

Proceso que consiste en la formación de proteínas a partir de la información de ADN contenida en molécula de ARN Universidad del Tolima Colombia

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Síntesis proteica Síntesis proteica 1. Formación de Amoacil‐ARNt Enlace éster de CO‐ del AA y 3´‐OH en el extremo ACC del ARNt.

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Síntesis proteica 2. Formación de Ribosomas

Organelos celulares no membranosos que se encuentran en todas las células. Función: es coordinar la sintesis de proteinas y catalizar reacciones químicas durante la Traducción. Compuesto por ARNr y un grupo variado de proteínas

co omponentes

Eucariotas: el 27% son proteínas y el 63% es ARNr.

30 Proteínas

40 Proteínas 40 Proteínas

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Síntesis proteica 2. Formación de Ribosomas Complejo de ARN y enzimas donde tiene lugar la síntesis de cadenas polipeptidicas. La subunidad mayor y p posee 2 tipos p de unión con el ARNm. Union aminoacil y union peptidil. Sitio catalítico donde se realiza la formación de enlaces entre AA para ir formando la proteína

30 Proteínas

40 Proteínas

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Síntesis proteica 3. Síntesis de cadenas polipeptídica

Iniciación

La subunidad pequeña del ribosoma se une a la región líder del ARNm y se desplaza hasta llegar al codón AUG (codifica el principio de la proteína).

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Síntesis proteica 3. Síntesis de cadenas polipeptídica

Iniciación

Se une el complejo formado por el ARNt‐Met.

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Síntesis proteica í i i 3. Síntesis de cadenas polipeptídica

Iniciación

Se requiere de ATP y GTP, factores de iniciación específicos en la unión ARNt‐Met.

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Síntesis proteica 3. Síntesis de cadenas polipeptídica

Iniciación

La unión se produce entre el codón del ARNm y el anticodón del ARNt que transporta la Metionina.

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Síntesis proteica 3. Síntesis de cadenas polipeptídica

Elongación

Se une la subunidad 60S a la 40S, completándose el ribosoma.

Met: Metionina Gln: Glutamina

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Síntesis proteica 3. Síntesis de cadenas polipeptídica

Elongación

El complejo ARNt‐Gln, se situa enfrente del codon correspondiente (CAA).

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Síntesis proteica 3. Síntesis de cadenas polipeptídica

Elongación

La región del ribosoma a la que se une el complejo ARNt‐Gln se llama Aminoacil (A).

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Síntesis proteica 3. Síntesis de cadenas polipeptídica

Elongación

Se requiere de factor de elongación EF1 y GTP, factores de iniciación específicos en la unión ARNt‐Met.

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Síntesis proteica 3. Síntesis de cadenas polipeptídica

Elongación

La formación de la unión peptídica entre el Carboxilo del ARNt‐Met y el grupo Amino del ARNt‐Gln, es catalizada por peptidil transferasa (componente integral de Sub 60S).

Peptidil transferasa

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Síntesis proteica 3. Síntesis de cadenas polipeptídica

Elongación

El ARNt inicial, actúa como grupo saliente. Se hidroliza el GTP.

P idil Peptidil transferasa f

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Sí t i Síntesis proteica t i 3. Síntesis de cadenas polipeptídica

Elongación

El ARNm se traslada, de manera que el complejo ARNt‐Met‐Gln, queda en la región peptidil del ribosoma.

Peptidil transferasa

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Síntesis proteica 3. Síntesis de cadenas polipeptídica

Elongación

Queda la región Aminoacil libre, para la entrada del complejo ARNt‐AA3.

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Síntesis proteica 3. Síntesis de cadenas polipeptídica

Elongación

Entrada en la posición correspondiente a la región aminoacil (A) del complejo ARNt‐Cys.

En la síntesis los ribosomas se mueven a lo largo de ARNm en dirección 5 5´ → 3 3´. Universidad del Tolima Colombia

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Síntesis proteica 3. Síntesis de cadenas polipeptídica

Elongación

Poseen mecanismo de acoplamiento mecánico‐químico. La hidrólisis del GTP provee la energía mecánica.

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Síntesis proteica 3. Síntesis de cadenas polipeptídica

Elongación Se libera el ARNt correspondiente al segundo aminoácido.

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Síntesis proteica 3. Síntesis de cadenas polipeptídica

Elongación

El ARNm corre hacia la región peptidil del ribosoma.

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Síntesis proteica 3. Síntesis de cadenas polipeptídica

Elongación Entra el complejo ARNt‐Leu, en la región aminoacil del ribosoma.

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Síntesis proteica 3. Síntesis de cadenas polipeptídica

Elongación

Unión del peptido Met‐Gln‐Cys con el 4to AA. AA

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Sí Síntesis proteica i i 3. Síntesis de cadenas polipeptídica

Elongación Unión del peptido Met‐Gln‐Cys con el 4to AA. Se libera ARNt de la Leu. Leu

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Síntesis proteica 3. Síntesis de cadenas polipeptídica

Elongación Entrada del 5to AA (ARNt‐Arg)

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Síntesis proteica Elongación 3. Síntesis de cadenas polipeptídica Unión del péptido Met‐Gln‐Cys‐ Leu con el 5to AA.

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Sí Síntesis proteica i i Elongación 3. Síntesis de cadenas polipeptídica Liberación del ARNt

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Síntesis proteica Elongación 3. Síntesis de cadenas polipeptídica El ARNm se desplaza, llega a codón de finalización.

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Síntesis proteica Elongación 3. Síntesis de cadenas polipeptídica El ARN m se desplaza , llega a codón de finalización. Codones de terminación UAG,  UAA o UGA NO codifican  ningún aminoácido.

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Finali ación Finalización 3. Síntesis de cadenas polipeptídica Cuando el ribosoma encuentra el codón stop, stop ciertas proteínas (factor de liberación), se unen a el y lo obligan a soltar la proteína. Liberación del péptido Met‐Gln‐Cys‐ Leu‐Arg.

Murray, et al, 2004

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Síntesis proteica Finalización 3. Síntesis de cadenas polipeptídica Las subunidades del Ribosoma se disocian y separan del ARNm, quedando disponibles para iniciar la síntesis de otras proteínas.

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Síntesis proteica Finalización 3. Síntesis de cadenas polipeptídica 3. Síntesis de cadenas polipeptídica Finalizada la traducción se desprende el extremo iniciado m‐GTP.

Exonucleasa

M‐GTP

Los ARNm son digeridos por enzima del Citoplasma. p Universidad del Tolima Colombia

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Síntesis proteica Finalización 3. Síntesis de cadenas polipeptídica Se separan los nucleótidos de la cadena de ARNm

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BIOSINTESIS DE PROTEINAS

Contenidos

9 Introducción 9 Transcripción 9 Traducción • Conclusiones Universidad del Tolima Colombia

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Conclusiones • Las operaciones que utilizan ADN y ARN, complementariedad de las secuencias nucleótidicas. nucleótidicas

se

basan

en

la

• La transcripción es asimétrica: Solo una de las cadenas del ADN se utiliza como molde. molde Esta cadena presenta orientación 3 3´ → 5 5´. • La traducción se lleva a cabo por ribosomas que trasladan a lo largo del ARNm en la dirección 5 5´ → 3 3´.. • Un conjunto de moléculas de ARNt, aportan aminoácidos al ribosoma en movimiento,, cuando sus anticodones se unen a los codones expuestos p en el ribosoma. • La arquitectura proteica es la clave de la función génica. • La secuencia específica de aminoácidos de una proteína, determina su forma y propiedades de unión . Universidad del Tolima Colombia

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BIOSINTESIS DE PROTEINAS

Contenidos

9 Introducción 9 Transcripción 9 Traducción 9 Conclusiones

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REFERENCIAS • Griffiths, G iffi h A.; A Gelbart, G lb W Miller, W.; Mill J Lewontin, J.; L i R. R 2000. 2000 Genética G é i moderna. d Editorial McGraw‐Hill. Madrid. •Hicks,, J. 2001. Bioquímica. q Editorial McGraw‐Hill. México. • Horton, R.; Moran, L.; Ochs, R.; Rawn, D.; Scrimgeour, K. 2002. Bioquímica. 3ra Edición. Editorial Pretince Hall. Madrid. • Jungermann, K.; Mohler, H. 1984. Bioquímica. Ediciones Pirámide. Madrid. • Lodish,, H.;; Berk,, A.;; Zipursky, p y, S.;; Matsudaira,, P.;; Baltimore,, D.;; Darnell,, J. 2002. Biología celular y molecular. Editorial médica panamericana. Buenos Aires. • Mathews, C.; Holde, K.; Ahern, K. 2002. Bioquímica. 3ra edición. Pearson Ed Educación. ió Madrid. M d id • Murray, R.; Granner, D.; Mayes, P.; Rodwell, V. 2004. Bioquímica de Harper. Editorial Manual Moderno. México. Universidad del Tolima Colombia