Universidad Nacional

Autónoma de México

Curso Genética y Biología Molecular (1630)

Licenciatura

Químico Farmacéutico Biológico

Facultad de Química

Dra. Herminia Loza Tavera

Profesora Titular de Carrera

Departamento de Bioquímica

Lab 105, Edif E

5622-5280

hlozat@unam.mx

VII. CÓDIGO GENÉTICO.

TRADUCCIÓN Y PROCESAMIENTO

DE PROTEÍNAS.

• Objetivo general

– El alumno conocerá el proceso de traducción de

los mRNAs basado en la universalidad del código

genético y comprenderá su importancia dentro

del contexto de la expresión genética, dado que la

síntesis de proteínas es el paso final requerido

para realizar la función del gen correspondiente.

Comprenderá las diferencias de este proceso en

organismos procariontes y eucariontes y su

regulación.

Objetivos particulares

El alumno... Conoci-

miento

Compren-

sión

Aplica-

ción

5. Procesamiento de

proteínas y

modificación post-

traduccional.

5.1. Conocerá los diferentes tipos de modificaciones post-

traduccionales y su relevancia para regular la funcionalidad y

localización de las proteínas celulares.

X

5.2. Discutirá la importancia del direccionamiento adecuado de

las proteínas desde el mismo momento de su síntesis.

X

5.3. Definirá las enzimas necesarias para el plegamiento

correcto de las proteínas que están siendo sintetizadas por el

aparato traduccional.

X

5.4. Examinará el mecanismo de degradación de proteínas, el

papel de la ubiquitinación y la variación del tiempo de vida

media de las proteínas.

X

Las proteínas después de sintetizadas en

los ribosomas, deben ser procesadas para

que logren tener su conformación nativa y

ser activas

Eventos involucrados:

Plegamiento correcto

Procesamiento co- y post-traduccional

Ubicación subcelular

5. Procesamiento de

proteínas y modificaciones

post-traduccionales

De la proteína

sintetizada a la

proteína funcional

En algunos casos los dominios protéicos

se forman desde que las proteínas se

sintetizan

Plegamiento (folding) de proteínas

Desnaturalización

y renaturalización

de proteínas

Desnaturalización de proteínas

Etapas para

alcanzar el

estado nativo

Otras

proteínas

requieren de

chaperonas

moleculares

para adquirir

su

plegamiento

correcto

Algunas

proteínas que

no se pliegan

correctamente

pueden formar

estructuras

amiloides

Plegamiento en ausencia y en presencia de chaperonas

El plegamiento de algunas proteínas

es asistido por chaperonas

Existen dos sistemas de chaperonas

Chaperonas

individuales

Chaperonas

oligoméricas

Mecanismo de las chaperonas

moleculares HSP70

Algunas

proteínas son

plegadas con

la ayuda de

otras

proteínas

(DnaJ, DnaK)

Mecanismo de la chaperona

HSP60/HSP10

(GroEL/GroES)

Algunas proteínas son plegadas

por el sistema GroEL/GroES

GroEL/GroES

Formación de puentes disulfuro

PDI: proteína disulfuro isomerasa

Procesamiento Co- y Post-

traduccionales de las proteínas

Eliminación de residuos N-terminales (f-Met en bacteria; Met

en eucariontes)

Modificación de aminoácidos

• Acetilación (Lys, Arg en histonas; cambia la función)

• Fosforilación (Ser, Thr, Tyr; transducción de señales, actividad)

• Metilación (Lys, Arg en histonas; cambia función)

• Carboxilación (Lys, Pro en colágeno, estabilidad estructural)

• Glicosilación (Asn; Thr; receptores de hormonas, anticuerpos)

• Nucleotidilación (Tyr; adición de AMP regula actividad)

• Lipidación (Gly, Cys; localización en membrana)

• Ubiquitinación (Lys; degradación localización, función)

Proteólisis (pro-insulina a insulina; actividad)

Adición de grupos prostéticos (grupo hemo, hemoglobina)

Modificación covalente de aminoácidos

Proteína Proteína

P

ATP ADP

fosforilación cinasa

desfosforilación fosfatasa

P

Modificación post-traduccional

por fosforilación

La fosforilasa b se

convierte a su forma

activa (fosforilasa a)

por fosforilación.

Ésta es llevada a

cabo por una

cinasa.

Para que la

fosforilasa a vuela a

ser inactiva es

necesario

desfosforilarla. Esto

lo realiza una

fosfatasa.

Diferentes

cinasas

reconocen

diferentes

secuencias

consenso,

dentro de

las cuales

fosforilan un

determinado

aminoácido

Secuencias consenso para proteína cinasas

Efecto de la fosforilación en la glicógeno

sintasa Sitios de

fosforilación

en la

glicógeno

sintetasa

P

Cinasa 1 inactiva

Cinasa 1 activa

P

ADP ATP

ligando

receptor

Cinasa 2 inactiva

Cinasa 2 activa

P

ADP ATP

P

P

Cinasa 3 inactiva

Cinasa 3 activa

P

ADP ATP

Proteína inactiva

Proteína activa

P

Respuesta celular

Cascada de fosforilaciones

Insulina

Factor de

crecimiento Transducción

de señales

mediada por

fosforilación

Aminoácidos fosforilables:

-OH serina; treonina; tirosina

-NH arginina; histidina; lisina

-SH cisteína

-COO- aspártico; glutámico

Clasificación de las

cinasas:

Ser/Thr cinasas

Tyr cinasas

His cinasas

Cys cinasas

Asp/Glu cinasas

Defosforilación por fosfatasas:

Ser/Thr Tyr

PP1 PP4 PTP1B

PP2A PP5

PP2B PP6

PP2C

La fosforilación

es una

modificación

post-traduccional

covalente y

reversible

Funciones de la fosforilación

• Regulación de la proliferación celular/ oncogénesis

• Diferenciación celular

• Control del ciclo celular

• Forma celular y adhesión

• Transducción intracelular de señales

• Control metabólico

• Regulación de la transcripción

• Regulación de canales iónicos

• Regulación de la traducción

Metilación, fosforilación y acetilación de

histonas

Regulan la transcripción en

eucariontes

Proteólisis de zimógenos

Algunas proteínas deben ser

cortadas por proteasas para

ser activas

Direccionamiento de las proteínas a

la localización celular adecuada

Algunas secuencias señal (péptidos de

tránsito) que determinan el destino de

las proteínas

KDEL

Direccionamiento co-traduccional de

proteínas destinadas a retículo

endoplásmico

Secuencia señal

(amino-terminal)

Complejo

SRP•GDP

reconoce la

secuencia señal

Receptor de SRP

en la membrana

de RE

unión a GTP,

hidrólisis y

liberación de SRP

El retículo endoplásmico rugoso

tiene adosados los ribosomas

Una vez que cumple su función, el

péptido señal es cortado

Inserción co-traduccional de

proteínas a membrana

Glicosilación co-traduccional de proteínas

destinadas a retículo endoplásmico

Glicosilación post-traduccional de

proteínas en aparato de Golgi

RER

Golgi

cis-Golgi

media-Golgi

trans-Golgi

lisosoma

membrana

vesícula secretora

Tipos de glicosilación

N-glicosilación

RE (residuo Asn)

O-glicosilación

Golgi (residuos

Ser/Thr)

Tráfico a lisosomas

Lisosomas (animales) Vacuola (plantas) Sitio de degradación, pH 5, enzimas hidrolíticas Modificación de proteínas para Lisosomas: Manosa-6-fosfato

Direccionamiento a mitocondria

Las proteínas tienen señal amino-terminal Deben ser desplegadas por chaperonas del citoplasma Atraviesan dos membranas por los translocadores TOM y TIM) En la matriz mitocondrial otra chaperona vuelve a plegar la proteína

Direccionamiento a cloroplasto

Soll & Shleiff, 2004

Las proteínas tienen señal amino-terminal Proceso de translocación similar a mitocondria (TOC y TIC) Desplegado y plegado similar a mitocondria

Direccionamiento

a núcleo

Señal de localización nuclear (NLS) Señal de exportación nuclear (NES) Importinas y CAS Ran-GTP Ran-GDP

Conti et al., 2006 Curr Opin Struct Biol

Biochem. J. (2004) 379 (513–

525)

Ubiquitinación

de proteínas

Diferentes funciones de la

ubiquitinación

proteosoma

degradación proteosoma

degradación

Internalización membrana

Tráfico por endosomas

Activa reparación de DNA

Las proteínas deben ser poli-ubiquitiniladas

para ser dirigidas al proteosoma donde serán

degradadas

Degradación en el

proteosoma