Universidad Nacional Autónoma de México

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 [email protected]

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

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.

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

Desnaturalización y renaturalización de proteínas

Etapas para alcanzar el

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

Algunas proteínas son plegadas

por el sistema GroEL/GroES

Formación de puentes disulfuro

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)

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

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

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

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

Biochem. J. (2004) 379 (513– 525)

Ubiquitinación

de proteínas

Diferentes funciones de la

ubiquitinación

Las proteínas deben ser poli-ubiquitiniladas para ser dirigidas al proteosoma donde serán

Degradación en el proteosoma