Ribosomas, tRNAs, Código genético, Marco abierto de lectura (ORF)

rRNA 16S

Los rRNAs se encuentran altamente conservados

rRNAProcarionte

rRNAEucarionte

5´ ETS

5´ ETS

3´ ETS

3´ ETS

5S23StRNA16S

18S 25S / 28S5.8S

ITS

ITS1 ITS2

ETS: External transcribed spacer ITS: Internal Transcribed spacer

5S

3´ ETS

Nat Rev. Mol. Cell Biol. 2:7:514-20

NRPA!

NRPC!

Organización de los genes de rRNA

RNA pol I

RNA pol III

Procesamiento POST-transcripcional de rRNA§ Se eliminan los espaciadores externos e internos

§ Se modifican algunas bases nitrogenadas

§ Adquiere un plegamiento definido en el espacio que dará conformación de dos subunidades ribosomales

Subunidad Pequeña

Subunidad GrandeRibosoma

La Biogénesis de los Ribosomas es un procesosistemático y complejo

Pol I

Cluster de rDNATranscripción

Pre-rRNA 47S

18S

18S

5.8S

5.8S

28S

28SModificación

Pol III

Procesamiento

Pol II

5S

rRNA 5S snoRNA

m7GcapAAn

snoRNA

Ensamblado

Pre-40S Pre-60STransporte

RanGTPRanGTP

Proteínas ribosomales (RPs)y Factores de ensamblaje (AFs)

NUCLEOLO

NUCLEOPLASMACITOPLASMA

Pre-40S Pre-60S Modificado de doi:10.1038/nsmb.2939

En eucariontes el procesamiento de rRNA y ensamble de ribosomas ocurre en el nucleolo (núcleo)

Composición Ribosoma Eucarionte y Procarionte

Los procariontes tienen un ribosoma 70SFormado por 2 subunidades:- Grande (mayor) de 50S- Pequeña (menor) de 30S

Los Eucariontes tienen un ribosoma 80SFormado por 2 subunidades:- Grande (mayor) de 60S- Pequeña (menor) de 40S

70S

80S

60S

40S

50S

30S

- rRNA 23S- rRNA 5S- 34 proteínas

- rRNA 25/28S- rRNA 5.8S- rRNA 5S- ~49 proteínas

- rRNA 16S- 21 proteínas

- rRNA 18S- ~33 proteínas

En el ribosoma ocurre la síntesis de proteínas

Composición de los ribosomas procarionte y eucarionte

La estructura de los ribosomas es muy parecida entre procariontes y eucariontes.

El tamaño de los rRNAs y el número de proteínas en las subunidades ribosomales varía entre procariontes y eucariontes.

Gris: rRNA 23S ----- Subunidad 50S

Azul claro: rRNA 16S – Subunidad 30S

La secuencia del rRNA principal de cada subunidad está conservada y adquiere estructura similar

16S ---- 18S rRNA

23S ---- 25/28S rRNA

3’ 5’

tRNA: la molécula intérprete en Traducción

Organización de las unidades transcripcionales de tRNA

Bacteria:- Con genes rRNA- En tandem

Eucariontes:- En tandem

RNA pol III

PROCESAMIENTO

1. Extremo 5’: Corte por RNasa P (RIBOZIMA)2. Extremo 3’: Corte por RNasa D (proteína) y adición de CCA3. Remoción de intrón4. Modificación de bases

Procesamiento POST-transcripcional del tRNA

Porción de RNA de la RNasa P (ribozima)

tRNA

Porción de proteína de la RNasa P

Bases modificadas que se encuentran en los tRNA

Alrededor del 12% de los residuos de tRNAs sufren modificaciones (aprox 8modificaciones por tRNA.

Se han identificado más de 100 modificaciones diferentes

Posición Modificación en tRNA Función

9 m1G Plegamiento de tRNA

54 m5U y rT Estabilidad de tRNA

1, 29, 30, 35, 36 Ψ Desconocida

64 2ʹ-O-ribosyladenosine Discriminación entretRNAMet iniciador yelongador

16, 17 y 47 D Desconocida

Modificado de doi:10.1038/nrg3861

Modificaciones de bases nitrogenadas en el tRNA

• Aproximadamente 75 ribonucleotidos• Contiene basesmodificadas.

tRNA maduro: estructura de trébol

Brazo anticodón

Brazo aceptor

Brazo D

Brazo TψC

Brazo Variable

extremo 3’

extremo 5’

extremo 5’

extremo 3’

Plegamiento espacial del tRNA• El tRNA se pliega sobre sí mismo para adoptar una estructura 3ria

con forma de L invertida.• En un extremo queda el brazo aceptor y en otro el brazo

anticodón.

El Código GenéticoEs una serie de reglas que definen como los 4 nucleótidos en el mRNA se traducen en en un código de 20 aminoácidos, los cuales conforman las proteínas.

Consiste en la combinación de tres letras (nucleótidos) llamados codones; cada uno corresponde a un aminoácido específico o una señal de paro.

Un aminoácido

A

codifican

A A CC CU U U UG U

Tres basesEl Código Genético

No es sobrelapado

Interpretación del código genéticoTres letras: un aminoácidoCuatro letras en total, ordenadas en tripletes: 64 posibilidades

Experimento Traducción E. coli: Aminoácido marcado 1/20 tubos

Descifrando el código genético

Experimentos de Nirenberg y Leder

RNA sintético (polímero)

El código genético es degenerado:Hay 64 posibles combinaciones de tripletes, pero solo 20 aminoácidos; Más de un triplete por aminoácido

El código genético NO es ambiguo:Un triplete solo puede significar un aminoácido (61 codones) o STOP (3 codones)

El código es universal, aunque hay uso de codónes preferenciales por especie

Si tenemos los siguientes RNA sintéticos:

¿Cuáles son las posibles proteínas que se obtendrían?

1) 5’ CUACUACUACUACUACUACUACUACUACUACUA 3’

2) 5’ AUGAUGAUGAUGAUGAUGAUGAUGAUGAUGAUG 3’

1) 5’ CUACUACUACUACUACUACUACUACUACUACUA 3’

CUA (Leu) Leu-Leu-Leu- Leu-Leu-Leu……UAC (Tyr) Tyr-Tyr-Tyr-Tyr-Tyr-Tyr-Tyr-Tyr….ACU (Thr) Thr-Thr-Thr-Thr-Thr-Thr-Thr-Thr….

Interacción codón-anticodón

Las cadenas que interaccionan son ANTIPARALELAS

La 3ª posición del CODON puede no aparear (hipótesis del “bamboleo”)

Las bacterias tienen 31 diferentes tRNA

Los eucariontes tienen 48

tRNA

Posición debamboleo

3´ 5´

5´3´

CodónmRNA

Anticodón

Base en codón en

posición de bamboleo

Base en codón en

posición de bamboleo

Posibles bases en anticodón

Posibles bases en anticodón

U

C

A

G

A, G o I

G o I

U o I

C o U

A, G o I

G o I

U

G

U

C

A

G

Interacción codón-anticodón

Un mismo tRNA podría reconocer más de un codónBase en

codón en posición de Bamboleo

(3’)

Posibles bases en anticodón

(5’)

U A, G ó IC G ó IA U ó IG C ó U

Base en codón en

posición de Bamboleo

(3’)

Posibles bases en anticodón

(5’)

U A, G ó IC G ó IA UG C

PROCARIONTES EUCARIONTES

Un mismo tRNA puede reconocer varios codones (mismo aminoácido)

En esta imagen podemos apreciar cómo para muchos aminoácidos tenemos las 4 opciones de base en la tercer base del codón (la base del bamboleo)

Un mismo tRNA puede reconocer varios codones (mismo aminoácido)

Además se permite asimilar mutaciones en esta posición (mutaciones sinónimas)

Resumen: Ø Hay 20 aminoácidos

Ø Hay 61 codones para los 20 aminoácidos (reconocidos por tRNAs)

Ø Hay 3 codones de STOP (no reconocidos por tRNAs)

Ø Hay menos de 61 tRNAs difrentes por el bamboleo que se establece para la base 3 (3’) del codón apareada con la base 1 (5’) del anticodón

Ø Debe haber al menos 20 tRNAs diferentes

¡Necesitamos cargar de manera FIDEDIGNA cada tRNA con su aminoácido correspondiente!

El carboxilo del aminoácido forma un enlace ester con el 3’ de la ribosa del tRNA

Activación del aminoácido antes de su unión al tRNA. Esta activación se realizapor la aminoacil tRNA sintetasa (AARS) y ATP para dar lugar a un Aminoacil Adenilato (aminoacil AMP)

1ATP

1. Formación de aminoacil-adenilato

2. Síntesis de aminoacil-tRNA

Aminoacilación un tRNA por AARS

Hay una AARS por cada aminoácido (especificidad)

Fidelidad del código genético!

20 AARS diferentes

Las AARS también reconocen elementos del tRNA que le indican es el apropiado para su aminoácido

Las AARS tienen dos mecanismos de corrección: para el aminoácido y para el tRNA

Este mecanismo de edición reduce los errores a 1 por cada 40,000aminoacilaciones

Aminoácidos similares pasan por un doble filtroAminoácidos similares pasan por un doble filtro en las aa-tRNA sintetasasIsoleucil – tRNA sintetasaSitio Catalítico Sitio de edición

El sitio de edición es más pequeño que el catalítico

Leu es demasiado grande para el sitio activo de síntesis

Ile cabe en el sitio de síntesis pero no en el de edición

Val cabe en el sitio de síntesis y en el de edición por lo que es eliminado

Leu

IleVa

l

Garantiza la fidelidad del código genético

Resultado: tenemos millones de tRNAs aminoacilados; por cada uno se ha gastado 1ATP

¿Cómo leer un mRNA? ¿A partir de la primer base? ¿Comenzamos por cualquier base? ¿Qué es el marcoabierto de lectura, ORF?

1. Un ORF comienza por un ATG (Met) y termina con un STOP.

2. En la cadena codificante de la unidad transcripcionalnormalmente solo hay un ORF largo que define la proteínacodificada.

3. Puede haber otros ORFs pero serán muy cortos por la prontapresencia de STOP.

En los genomas:

Las mutaciones y el Código genéticov Mutación sinónima

v Mutación de error

v Mutación sin sentido

v Mutación de marco

Conservativa

No conservativa

SUSTITUCION

INDEL

AGA AAAArg Lys

básico básico

AGG AGAArg Arg

AGA GGAArg Gly

básico no polar AGA UGAArg Stop

Adición de 1 pb (rojo)AAG ACT CCT AAG AGC TCC T…

Deleción de 1 pb (rojo)AAG ACT CCT AAA CTC CT…

Consecuencias de mutaciones en INTRONES

Creación de nuevos sitios 5’ splice

Cada tipo de RNA sufre una forma diferente de procesamiento CO- ó POST- transcripcional

RNAt

RNAm

RNAr

• Remoción deextremos

• Modificación delas bases.

• Adición de -CCA

• Metilación de laribosa.

• Remoción de partesintermedias del pre-RNAr

• Adición del 5’ cap• Corte y empalme

(splicing)• Poliadenilación en 3’