7.3 Etapas de la síntesis de proteínas en organismos procarióticos.

La síntesis de proteínas ocurre en los ribosomas que consisten en dos subunidades, una grande y una pequeña, cada una formada por rRNA y proteínas específicas. Para la síntesis de proteínas, también se requiere de moléculas de tRNA, que están plegadas en una estructura secundaria con forma de hoja de trébol. Estas moléculas pequeñas pueden llevar un aminoácido en un extremo y tienen un triplete de bases, el anticodón, en un asa central, en el extremo opuesto de la molécula. La molécula de tRNA es el adaptador que aparea el aminoácido correcto con cada codón de mRNA durante la síntesis de proteínas. Hay al menos un tipo de molécula de tRNA para cada tipo de aminoácido presente en las células. Las enzimas conocidas como aminoacil-tRNA sintetasas catalizan la unión de cada aminoácido a su molécula de tRNA específica.

En E. coli y otros procariotas, aun cuando el extremo 3' de una cadena de mRNA está siendo transcripto, se están uniendo ribosomas cerca de su extremo 5'. En el lugar donde la cadena de mRNA está en contacto con un ribosoma, se unen tRNAs temporalmente a la cadena de mRNA. Esta unión ocurre por apareamiento de bases complementarias entre el codón de mRNA y el anticodón de tRNA. Cada molécula de tRNA lleva el aminoácido específico requerido por el codón de mRNA, al cual se une el tRNA. Así, siguiendo la secuencia dictada originalmente por el DNA, las unidades de aminoácidos son alineadas una tras otra y, a medida que se forman los enlaces peptídicos entre ellas, se unen en una cadena polipeptídica.

7.4 Etapas de la síntesis de proteínas en organismos eucarióticos.

A partir del DNA cromosómico se transcriben: diferentes moléculas de rRNA que, combinadas con proteínas específicas, forman los ribosomas; los diferentes tipos de moléculas de tRNA correspondientes a los distintos aminoácidos y los mRNA, que llevan la información para la secuencia de aminoácidos de las proteínas. Cuando un mRNA se une a la subunidad menor del ribosoma, comienza el proceso de síntesis de proteínas.

La síntesis de proteínas ocurre en varias etapas:

Iniciación. La subunidad ribosómica más pequeña se une al extremo 5' de una molécula de mRNA. La primera molécula de tRNA, que lleva el aminoácido modificado fMet, se acopla con el codón iniciador AUG de la molécula de mRNA. La subunidad ribosómica más grande se ubica en su lugar, el complejo tRNA-fMet ocupa el sitio P (peptídico). El sitio A (aminoacil) está vacante. El complejo de iniciación está completo ahora.

Elongación.  Un segundo tRNA, con su aminoácido unido, se coloca en el sitio A y su anticodón se acopla con el mRNA. Se forma un enlace peptídico entre los dos aminoácidos reunidos en el ribosoma. Al mismo tiempo, se rompe el enlace entre el primer aminoácido y su tRNA. El ribosoma se mueve a lo largo de la cadena de mRNA en una dirección 5' a 3', y el segundo tRNA, con el dipéptido unido, se mueve desde el sitio A al sitio P, a medida que el primer tRNA se desprende del ribosoma. Un tercer aminoacil-tRNA se coloca en el sitio A y se forma otro enlace peptídico. La cadena peptídica naciente siempre está unida al tRNA que se está moviendo del sitio A al sitio P y el tRNA entrante que lleva el siguiente aminoácido siempre ocupa el sitio A. Este paso se repite una y otra vez hasta que se completa el Polipéptido.

Terminación.  Cuando el ribosoma alcanza un codón de terminación (en este ejemplo UGA), el Polipéptido se escinde del último tRNA y el tRNA se desprende del sitio P. El sitio A es ocupado por un factor de liberación que produce la disociación de las dos subunidades del ribosoma.

7.4.1 Modificación de proteínas postraducción.

La modificación postraduccional de una proteína es un cambio químico ocurrido en esta después de su síntesis proteica. Las modificaciones postraduccional ocurren mediante cambios químicos de los aminoacidos que constituyen las proteínas y pueden ser de muchos tipos.

La modificación postraduccional de proteínas supone un mecanismo fundamental de regulación de su actividad biológica. Numerosos mediadores biológicos, entre los que se incluyen compuestos lipídicos y especies reactivas de oxígeno y nitrógeno, así como fármacos y toxinas, actúan modificando las proteínas. En nuestro grupo estamos interesados en los procesos de modificación postraduccional de proteínas, tanto desde el punto de vista de su importancia fisiológica, como de su papel en el mecanismo de acción de fármacos. Nuestro trabajo aborda varios aspectos: la caracterización estructural y funcional de nuevos tipos de modificación postraduccional, la identificación de nuevas dianas proteicas susceptibles de ser modificadas y el estudio de las potenciales repercusiones fisiopatológicas de estos fenómenos, fundamentalmente en el contexto de procesos inflamatorios y oncogénicos.

Modificación de residuos aminoacídicos particulares

Fosforilación

Acetilación

Adición de grupos funcionales y cofactores

Fosfato de piridoxal

hemos

Proteolisis Limitada

Remoción del péptidos señal en proteínas de los compartimientos y de secreción

Activación de enzimas, hormonas, factores de la coagulación, etc.

Acilación

Muchas proteínas son modificadas en su N-terminal luego de su síntesis. En la mayoría de los casos el iniciador metionina es hidrolizado y un grupo acetilo es añadido al nuevo aminoácido N-terminal. El acetil-CoA es el acetilo donante para estas reacciones. Algunas proteínas tienen el grupo miristoil de 14 carbonos añadido a sus N-terminales. El donante para esta modificación es mirisoil-CoA. Esta última modificación permite la asociación de la proteína modificada con las membranas. La subunidad catalítica de la proteín-kinasa dependeinete del cAMP (PKA) se encuentra miristoilado.

Metilación

La metilación post-translacional de las proteínas ocurre en los Nitrógenos y en los Oxígenos, el donador de grupos metilos activado es la S-adenosilmetionina (SAM). Las mutilaciones más comunes están en la ε-amina de los residuos de lisina, metilaciones de nitrógeno adicionales se encuentran en el anillo imidasólico de la histidina, en el grupo guanino de la arginina y en los grupos R del glutamato y del asparato.

La N metilación es una modificación permanente y no se conocen enzimas en los mamíferos que puedan eliminar el grupo metilo. La metilación del oxígeno de los grupos R del glutamato y del aspartato también puede formar ésteres metilados. Las proteínas pueden ser metiladas también en los grupos R-tioles de la cisterna. La metilación de las histonas en el DNA es un regulador importante de la estructura de la cromatina y consecuentemente de la actividad transcipcional, como se indica a continuación muchas proteínas se modifican en su C-terminal por prenilación cerca de un residuo de cisterna en el concenso CAAX. Luego de la reacción de prenilación la proteína es rota en la unión peptídico de la cistína y el residuo de carboxilato es metilado por una proteína prenilada metiltransferasa. Una de esas proteínas que sufre esta modificación es el proto-oncogen RAS.

Fosforilación

La fosforilación post-translacional es una de las modificaciones más comunes de las proteínas que ocurre en las células animales. La extensa mayoría de fosforilaciones ocurren como un mecanismo para regular la actividad biológica de una proteína y por tanto son transitorias. En otras palabras un fosfato (o más de uno en muchos casos) es añadido y luego es removido.

Ejemplos fisiológicamente relevantes son de fosforilaciones que ocurren en la glicógeno sintasa y glicógeno fosforilasa en los hepatocitos en respuesta a la liberación del glucagón desde el páncreas. La fosforilación de la sintetasa inhibe su actividad, mientras que, la actividad de la fosforilasa es aumentada. Estos dos acontecimientos conducen al incremento de la entrega hepática de glucosa a la sangre.

Las enzimas que fosforilan las proteínas son denominadas cinazas y las que remueven fosfatos se denominan fosfatasas. Las proteín cinazas catalizan las reacciones del siguiente tipo:

ATP + proteína <——> fosfoproteina + ADP

En las células animales la serina, la treonina y la tirosina son los aminoácidos sujetos de fosforilación. El grupo más grande de cinazas son aquellas que fosforilan las serinas o las treoninas y como tal se denominan serina/treonina cinazas. El cociente de fosforilación de los tres diferentes aminoácidos es aproximadamente 1000/100/1 para serina/ treonina/tirosina.

Aunque el nivel de fosforilación de tirosina es menor, la importancia de la fosforilación de este aminoácido es profunda. Como un ejemplo, la actividad de los numerosos receptores del factor de crecimiento es controlada por la fosforilación de tirosina.

Sulfatación

Sulfato de modificación de las proteínas ocurre en tirosina residuos. Hasta 1% de todos los residuos de tirosina presentes en los eucariotas proteoma son modificados mediante la adición de sulfato haciendo de este el más común de la tirosina modificación. Sulfatación tirosina se logra a través de la actividad de tyrosylprotein sulfotransferasas (TPST), que son asociadas a la membrana de las enzimas la trans-Golgi red. Hay dos TPSTs conocido identificado como TPST-1 y TPST-2. El donante universal de sulfato de estas enzimas se TPST 3'-phosphoadenosyl-5'-fosfosulfato (siglas en Inglés: PAPS). Además de sulfato se produce casi exclusivamente en la secreción y transporte que atraviesa la membrana las proteínas. Puesto que el sulfato se añade de forma permanente, es necesario para la actividad biológica y no se utiliza como una modificación reglamentaria como la que de la fosforilación de la tirosina. Al menos 34 proteínas humanas se han identificado que son tirosina sulfatada, aunque el número total que se prevé es mucho más alto. En todos los vertebrados un total de 310 proteínas tirosina se ha sulfatado identificados. Se prevé que el proteoma del ratón es probable que contenga más de 2000 proteínas tirosina sulfatado. La adición de sulfato de tirosina que se cree a desempeñar un papel en la modulación de las interacciones proteína-proteína secretada y unido a la membrana las proteínas. El proceso de sulfatación de la tirosina ha demostrado ser fundamental para los procesos de coagulación de la sangre, las funciones inmunológicas diferentes, el tráfico intracelular, y el reconocimiento de ligando por varios proteína G-acoplada receptores (GPCR). Algunos bien conocidos proteínas tirosina sulfatado son los proteína de factor VIII de coagulación, y el intestino de gastrina y péptidos colecistoquinina (CCK).

Prenilación

La prenilación se refiere a la adición del grupo farnesil de 15 carbonos o del grupo geranilgeranil de 20 carbonos a proteínas receptoras, que son compuestos isoprenoides derivados de la vía de biosíntesis del colesterol. Los grupos isoprenoides son unidos a los residuos de cisteína en el carboxi terminal de las proteínas en un acoplamiento tioéter (C-S-C). Una secuencia común de consenso en el terminal C de las proteínas preniladas ha sido identificado y se compone de CAAX, donde C es cisteína, A es cualquier aminoácido alifático (excepto alanina) y X es el aminoácido C-terminal. Para que la reacción de prenilación ocurra los tres aminoácidos C-terminal (AAX) primero son removidos. Luego de la unión del grupo prenilado el carboxilato de la cisteína es metilado en una reacción que utiliza S-adenosilmetionina como donante metílico.