Tema 9: Metabolisme de proteines

1. Codi gentic Abans de poder desgifrar el codi gentic van fer falta una srie de passos previs com van ser el descobriment dels ribosomes, el tRNA i la posterior hiptesis de la traducci de Crick Paul Zamenick: Per tal de localitzar on es produeix la sntesi de protenes va injectar aminocids marcats radioactivament a rates i posteriorment analitzaven les cllules heptiques a diferents temps desprs de la injecci.

Al cap de hores o dies: Totes les fraccions subcellulars contenien protenes amb aa marcat

Al cap de minuts: Nomes una fracci contenia aa marcats, i aquesta fracci era una ribonucloproteina.

Aquestes fraccions van ser observades per microscopi electrnic i van donar-li el nom de ribosomes Hoaglan i Zamenick: Incubacions de aa, ATP i fracci citoslica de fetge donava com a resultat unions dels aa a RNA. Aquest RNA es va anomenar tRNA. Crick: Postula que la sntesi de protenes requereix un adaptador que segurament ser el RNA (posteriorment es va veure que era el tRNA) que fora capa de unir-se a un aa especfic per una part i reconixer la seqencia de nucletids del mRNA que codifica per aquell aa

1.1 Descobriment del codi gentic Importancia dels triplets: La codificaci es tenia que fer com a mnim en grups de tres ja que aix es poden obtenir les combinacions suficients com per codificar les 20 proteines. 4! = 16 4! = 64 Punts clau del codi gentic: Abans de realitzar el codi gentic van tenir cla una srie de punts:

Codo: triplet de nucletids que codifica per una protena en el mRNA Anticodo: triplet de nucletids que reconeix el mRNA en el anticod La lectura es fa en direcci 53. Per tant el primer nucletid del mRNA ser el

de posicio 5 pero aquest reconeixer el 3 del anticod No hi ha solapament en la traducci: Per tant el cod no comparteix nucletids

amb ning mai Marc de lectura: Lgicament existeixen tres marcs de lectura per en teorina

nomes un dells ser el que codificara per una protena especifica i el que farem servir i aquest vindr marcat pel primer cod

No hi ha puntuaci entre codons successius Formaci del codi gentic: Per tal de poder identificar els triplets van utilitzar RNA sinttic, amb la qual amb permetien formar una collecci de nuclotids diferents que

contenian les bases que jo havia ficat. Es a dir si fico 5 part de A i una de C puc tenir mes probablement AAC...ACA. Posteriorment collocaven aquestes seqencies en 20 tubs diferents on cadascuna delles presentava un aa marcats radioactivament i tot el material per produir la sntesi de protenes. Daquesta manera van permetre conixer la composici del triplet per no quina es la seqencia especifica, es a dir sabien el contingut per no la seqencia Posteriorment van observar el paper que feia el tRNA i van poder identificar quin aminoacil-tRNA sunia a uns 50 codons dels 64 possibles. Finalment es va aconseguir sintetitzar sequencies de RNA que presentaven repeticions i daqueta manera juntament amb els resultats anteriors i molt anys destudi es va aconseguir reconixer 61 dels 64 codons possibles. Ex: Si tinc un RNA que te seqencia ...ACACACACACACAC... Existeixen dos codons possibles o ACA o CAC. Les protenes sintetitzades amb aquest RNA contenian parts iguals de His i Thr. Es conexia que el cod de la His te una A i dos C per tant el seu cod ha de ser el CAC i el de la Thr ha de ser ACA.

1.2 Codons amb sentits especials UAG: Es el cod dinici. Quan es troba en entre mig de la seqencia codifica per Met. Aquest cod no es trobava en els experiments realitzats anteriorment per les condicions del experiment van permetre fer la sntesi de protenes independentment daquest cod dinici UAA, UAG i UGA: Codons de terminaci, indican el final de la sntesi de protenes. Es calcula que en cada marc de lectura cada 20 nucleotids hi ha molta probabilitat de que existeixi un cod de Stop. En el cas de que existeixi un marc de lectura que presenti 50 codons seguits sense cap terminaci aquest es coneixer com marc de lectura oberta i tindr moltes probabilitats de que sigui el marc que codifiqui per la protena. Aquets marcs de lectura son els que hem vist en el tema de seqenciaci que amb permeten busca gens en la seqencia del DNA. Cal remarcar pero que una protena tpica necessita un marc de lectura de 500 codons

1.3 Caracterstiques del codi gentic Existeixen una srie de caracterstiques del codi gentic

Degenerat: Aix es degut a que un aa pot estar codificat per ms dun cod. Aquesta degeneraci no es uniforme perqu alguns aa estan codificats per mes triplets que daltres. La degeneraci es possible gracies al balanceig

Precs: Un cod nomes codificat per un dels aa.

Universal: Es a dir que es utilitzat per casi tots els organismes. Existeixen algunes excepcions com es el cas de la mitocndries i algunes bactries i eucariotes unicellulars. Aix fa pensar que tots els organismes venim dun anteposat com en el qual sha preservat el codi gentic

1.3.1 Balanceig Definici: La degeneraci be donada moltes vegades per triplets que nomes difereixen en la seva tercera base del codo. Per tant aquesta tercera base pot crear aparellaments incorrectes amb la base del anticod. Tamb cal destacar la presencia el inosinat Inosintat: Es una base que es pot trobar amb el anticod i que formar ponts dH mes dbils i per tant pot amparellar-se amb la A, la U o la C del cod. Postulats del balanceig:

Les dos primeres bases del cod del mRNA sempre formen aparellament estrictes de WiC i per tant son els responsables de lespecificitat del codic

La primera base del anticod (llegit de 53) determina el numero de codons que poden ser reconeguts.

o C o A: el aparellament es mes especfic i nomes hi ha un anticod per cod

o G o U: el aparellament es menys especfic i hi ha un anticod pot llegir dos codons diferents

o I: El aparellament es molt poc especfic hi ha un anticod que pot llegir tres codons diferents

Els codons que difereixen entre les dos primeres bases son reconeguts pertRNA diferents

Per que es pugui haver-hi la traducci total es necessiten un minin 32tRNA (31 per aa i 1 per linici)

Laparelament dbil de la tercera base permet que el tRNA es pugui dissocia de forma rapida. Si no fos aix la sntesi de protenes seria molt lenta

1.4 Variacions naturals del codi gentic Avantatges de les variacions: Les variacions en el codi ens aporten probes molt fiables del origen evolutiu dels essers vius Diana de les variacions: Les parts ms importants que deifineixen el codi gentic sn:

Els anticodons dels tRNA: Determinen el llos on es colloca el aa

Especificitat dels enzims que sintetitzen els aminoacil-tRNA Per tant canvis en el codi gentic es faran en els anticodons que implicar la inserci sistemtica dun aa en un cod que no especifica per aquest aa en el codi gentic normal Limitacions de les variacions: Les variacions poden produir uns efectes catastrfics i per aquest motiu es necessari que es produeixin en organismes que no codifiquin per moltes protenes com poden ser les mitocndries Mitocondries: El seu genoma codifica per 13 proteines, dos rRNA i 22tRNA. Gracies al balanceig podem fer que aquest 22tRNA codifiquin pels 64 codons possibles. Daquesta manera cada tRNA es capa de reconeixer entre 2 o 4 codons diferents. Aixo es possible gracies a qu:

Quatre codons diferents poden estar codifictats pel mateix anticod. Aquest anticod o be presenta una U en la primera base (53) i es fa balanceig ja que o be no hi aparellament entre la U del anticod i la base del cod o la U es capa daparellar-se dbilment amb la base del cod.

Un mateix cod pot reconixer una A o una G en la posici de balanceig Un mateix cod pot reconixer una U o una C en la posici de balanceig

Daquesta manera els canvis mes normals que podem veure sn: En el codi normal existeixen dos aa que son codificats nomes per un cod,

aquets sn la Met i el Trp, per en canvi en el mitocondri aix no pot ser aix i podem veure com la Trp es codificada tant per UGA (cod de terminaci en codi gentic normal) com per UGG (cod que codifica per Trp en codi gentic normal)

En el codi gentic normal el cod AUA codifica per Ile per en la mitocondira tamb pot codificar una Met

Entre daltres especificades en la taula Canvis en altres organismes:

Procariotes: El canvi de la Trp igual que en la mitocondria Eucariotes: UAA i UAG codificant per glutamina Canvis ocasionals en altres organismes:

o En E.Coli el cod GUG pot codificar com a cod dinici en algunes ocasions.

o En E.Coli el cod UGA pot codificar per la selenocisteina. Es una cistena modificada i es una gran excepci perqu les modificacion dels aa normalment es donen de forma postraduccional

2. Ribosomes Definici: Es on te lloc la sntesi de protenes. Estructura: Es una estructura formada per RNA (estructura especifica gracies aparellaments interns) i protenes. Es un riboenzim i per tant les protenes o be juguen un paper estructural o be juguen un paper que encara no es coneix. Sempre esta formada per dues subunitats que en moment de la sntesi sajunten de tal manera que deixen un espai perqu pugui passar el mRNA. Entre les dues tamb formen tres cavitats especifiques:

Lloc amnoacil o A: Es formen per les dues subunitats. Es el lloc dentrada dels aminoacil-tRNA

Lloc peptidil o P: es formen per les dues subunitats. Es el lloc on es forma el enlla peptdic

Lloc de sortida o E: Es troba en la major part en la subunitat gran. Es el lloc on surt el tRNA . Les eucariotes no en tenen

Degut a que en un inici va ser impossible cristallitzar la estructura en gran resoluci i que la majoria destudis amb ribosomes es feien amb el coeficient de sedimentaci els diferents ribosomes i les seves subunitats es classifiques segons els seu coeficient de sedimentaci Ribosomes procaiotics: Es de 70S i esta format per dues subunitats: la de 30S i la de 50S. Trobem 55 proteines Ribosomes eucaritics: Es de 80S i esta format per dues subunitats: la de 40S i la de 60S. Alguns aa estan modificats en les bases i en els sucres (la modificaci ms tpica es la metilaci), tamb hi ha sempre un residu guanilat en el extrem 5 i la sequencia CCA en el extrem 3. Trobem 80 proteines

3. tRNA Definici: Son les molcules que actuen com adaptadors en la traducci del llenguatge dels cids nucleics Estructura: Esta format per una sola cadena de mRNA per que te un plegament molt caracterstic. Esta format per entre 73 i 93 nucleotids entre els quals nhi ha despecials Lestructura que presenten sanomena de fulla de trebol amb quatre braos tot i que alguns aa tenen un bra extra. Cal remarcar que en 3D el tRNA presenta una forma de L retorada. Els diferents braos sn:

Bra del aa: Es el que sunira al aa gracies a un enlla que es fara en el C3 o C2 de ladenosina del extrem 3

Bra del anticod: Conte 7 nucelotids no aparellats Bra D: Conte nucletids especials com poden ser la

dihidrouridina(D). Te una funci estructural Bra TC: Conte nucletids especials com poden ser el

ribotimidina (T) que normalment no es sol trobar en RNA i el pseudouridina () que conte un enlla C-C entre a base i la ribsa no habitual. Te una funci estructural i de reconeixement del rRNA de la subunitat gran del ribosoma

Bra extra: Variable en tamany i en existncia

4. Sintesi de protenes

4.1 Activaci del aa Definici: Es basa en lactivaci del grup carboxil del aa perqu aquest augmenti la seva reactivitat i la uni uni daquest al tRNA que li pertoca. Es una reacci catalitzada per la aminoacil-tRNA sintetasa que es dona en el citosol i que te una elevada especificitat Aminoacil-tRNA sintetasa: Existeix un enzim per cada un dels aa i shan dividit en dues classes que tenen diferencies molt petites en lestructura i el mecanisme de reacci. Es desconeixen les raons biolgiques de lexistncia de dues classes. Mecanisme dacci:

1. Activaci del aa: Es catalitza la formaci del aminoacil-AMP que es la unica especie que podr enllaar-se amb el tRNA. Per aquesta formaci el grup carboxlic del aa atacar el primer fosfat del dun ATP i quedaran units. Com a conseqncia salliberar un PPi (la seva hidrlisi permet que la reacci sigui irreversible)

2. Formaci del aminoacil-tRNA: En aquesta etapa un grup OH de la ribosa del nucletid dadenina del tRNA atacar el C carboxlic del aa i quedaran units. Com a conseqncia salliberara AMP. Ser en aquesta etapa on es diferencin els dos tipus daminoacils-tRNA sintetases.

Especificitat: Es un enzim que ha de presentar un alt grau despecificitat ja que durant la sntesi de protenes el que es reconeix es el anticod del tRNA i no pas el aa que porta aquest. Daquesta manera un error produt en laminoacil-tRNA sintetasa provocaria una mutaci en la protena. Hem de tenir en compte que aquest enzim ha dunir correctament el aa que lhi toca i no confondres amb un altre i al mateix temps reconeixa be en quin tRNA lha dunir. Per tal dunir correctament laa te dos mecanismes despecificitat, un basat en el centre actiu que presenta que permetra discernir entre els aa que presenten propietats completament diferents i un mecanisme de proba que permetr hidrolitzar la uni dun aa incorrecta en el tRNA. La correcta selecci del tRNA es fa mitjanant la lectura del anticod, tot i que tamb es coneixen la participaci daltres interaccions del mateix bra anticod i altres braos. Es coneix que les aminoacil-tRNA sintetasa son les niques protenes capaces de reconixer el codi gentic, per aix es diu segon codi gentic i les regles dintereccio que segueix son mes complexes que el primer codig. Per aquest motiu la protena sunir el tRNA tant pel bra CCA on sunir laa com tamb per la zona del anticod. La

utilitzaci de tRNA sintetases amb canvis en alguns nucletids i la generaci de cristalls que presenten tRNA unit a tRNA-sintetasa a perms determinar el sistema dinteracci Tot aix fa que la tasa derror sigui de 1104 i per tant ser un mecansime molt fiable pero no tant com la replicaci. Aix es degut a que una protena amb una mutaci es degada i no es pot fixar i per tant no pasaran de generaci en generaci

4.2 Iniciaci Definici: Es el pas en el qual el mRNA suneix a la subunitat petita del ribosoma i al aminoacil-tRNA iniciador que semparella amb el cod AUG. A continuaci el complex sunir a la subunitat gran. Aquest mecanisme necessita GTP i la regulaci de les protenes anomenades factors dinici

4.2.1 Metionina iniciadora Definici: Nomes existeix un cod per la metionina per tots els organsimes tenen dos tRNA diferents per la metionina, un que ser el que unir la metionina iniciadora i laltre que unir la metionina que esta al mig de la protena Procariotes: En aquets cas els dos tRNA son diferents ja que transporten metionines diferents

tRNAMet: Es el que reconeix el cod del mig de la sequencia. Transporta una metionina normal

tRNAfMet: Es el que reconeix el cod del inici de la sequencia. Transporta una N-fermilmetionina. La formilaci es dona en dues etapes, la primera es basa en la uni del la Met al tRNAfMet i la segona es basa en la formilaci de la Met a partir de laccio de la la transformilasa que es capa de transferir un grup foril desde la N10-formiltetrahidrofolat fins al grup amino de la Met. Aquesta transformilasa presenta tamb una elevada especificitat ja que nomes s capa de reconeixa la tRNAfMet

Eucariotes: Presenta dos tRNA diferents per les diferencies no son tant clares com en el cas dels procariotes. Hem de remarcar que els cloroplasts i els mitocondris si que utilitzen el sistema de tRNAfMet per tant reafirma la idea endosimbion.

4.2.2 Direcci de sntesi Definici: Les cadenes sempre creixen des de el extrem N-ter fins a C-ter. Dintzis: Va analitzar les cadenes de .globina sintetitzats per reticulcits en un medi que contenia Leu marcada. Va observar les marques de les cadenes a diferents temps

de la introducci de la Leu marcada i va veure que els 4 min nome estaven marcats els extrems C-ter i que a mestura que anava passant el temps sanava marcant tota la cadena. Per tant en inici nomes shavia marcat C-ter perqu era lo ultim que es sintetitza

4.2.3 Iniciaci en procariotes Per tal de que es pugui dur a terme letapa diniciaci en bacteris hem de tenir:

Subunitat ribosmica de 30S Subunitat ribosmica de 50S mRNA: Codo iniciador fMet-tRNAfMet iniciador Conjunt de tres protenes anomenades

o IF-1: Evita uni prematura de tRNA a lloc A o IF-2: Facilita la uni de la fMet-tRNAfMet a la subunitat de 30S o IF-3 Evita lasociacio prematura a la subunitat de 50S i augmenta la

especificitat per fMet-tRNAfMet GTP Mg

1era Etapa: 1. Unio del IF1 i IF3 a la subunitat de 30S. 2. Uni i orientaci del mRNA: El mRNA suneix al la subunitat de

30S i per tal de que el cod dinici es colloqui en el lloc P del ribosoma sutilitza una sequencia consens especifica del mRNA anomenada seqencia Shine-Dalgarno. Aquesta sequencia es troba en el extrem 5 del mRNA i es molt rica en purines. Aqustes purines intereccioneran amb unes pirimidines que es troben en la subunitat de 16S de la subunitat petita del ribosoma i aix es el que permetra la orientaci. Val a dir que aquesta seqencia tamb serveix per diferenciar el cod AUG (Met) iniciador i el cod AUG del mig de la seqencia ja que el del mig no estar al costat de la sequencia Shine-Dalgarno

2n Etapa 3. Suneixen al complex format anteriorment la Met-tRNAfMet ,

IF2 que estar unit a GTP. En aquest cas hem de tenir en copte que Met-tRNAfMet ser el unit aminoacil-tRNA sintetasa capa dunir-se al lloc P abans dunir-se al lloc A

3er Etapa 4. El complex que ja tenim es capa dunir-se a la subunitat de 50S 5. Al mateix temps que es fa luni el GTP unit a IF2 shidrolitza i saltan els tres

factors iniciadors

Complex iniciador: El complex final amb la el ribosoma 70S format es coneix com a complex iniciador. En el quel es important destacar que la correcta uni del fMet-tRNAfMet al lloc P de la unitat de 70S esta assegurada per tres punts:

Interacci cod-anticod del AUG al lloc P Interacci entre la seqencia de Shine-Dalgarno entre mRNA i rRNA de 16S de

la subunitat petita Interaccions del lloc P del ribosoma amb el fMet-tRNAfMet

4.2.4 Iniciaci en eucariotes Es el moment en el qual hi han mes diferencies entre eucariotes i procariotes degut a que el mRNA de les procariotes es mes complex. Les principals diferencies sn: Complex proteic del complex iniciador: Es forma un complex proteic en el ribosoma del qual destaquem les segents proteines

Protena duni a pol(A) (PAB): Suneix al la seqencia pol A del extrem 3 Complex eIF4F: Esta format per

o eIF4A: Conte activitat helicasa o eIF4E: Suneix al cascet del extrem 5 del mRNA o eIF4G: Forma un pont entre la IF4E i la PAB

eIF4: Forma un pont entre el complex eIF4F i la subunitat de 40S Reconeix del cod AUG iniciador: Es reconegut mitjanant un barrido , en el qual interv eIF4F, eIF4B des de el extrem 5 fins a trobar el primer AUG de la seqencia.

4.3 Elongaci Definici: Es el procs mitjanant el qual es va allargant la cadena polipeptdica a partir de les regles del codi gentic

4.3.1 Elongaci Per que es pugui produir la elongaci es necessita

Comlex iniciador Aminoacil-tRNA Factors de elongaci (en bacteris)

o EF-Tu o EF-Ts o EF-G

GTP mRNA

En eucariotes els factors delangaci sn eEF1, eEF1 i eEF2 1er Etapa:

1. Uni del aminoacil-tRNA que te que entrar en aquell moment a EF-Tu que conte GTP

2. Uni del complex aminoacil-tRNA-EF-Tu-GTP al lloc a del ribosoma 3. Hidrolisi del GTP i conseqentment sallibera el factor EF-Tu-GDT. Aquest

complex es regenera mitjanant Ef-Ts i GTP 2n Etapa:

4. Formaci denlla peptdic entre els dos aa que es troben en el lloc A i el lloc P del ribosoma. Aix es pot fer gracies a que el grup amino del aa que es troba en el lloc A actua com a nuclefil i ataca al C carboxil del aa que es troba en el lloc P. Com a resultat es crea un pptid en el lloc A . A continuaci els dos tRNA forment u hbrid a partir dinteraccions i daquesta manera aquest hibris avarca dos llocs del ribosoma. Cal destacar que el enlla peptdic es podr formar sempre en el grup carboni carboxlic perqu ser el que sempre estar unit al tRNA i per tant el que estar actiu. Lactivitat que permet la formaci del enlla peptdic es coneguda com peptidiltransferasa i resideix en el rRNA de 23S.

3er Etapa: 5. El ribosoma es mou un cod en direcci 3. Aix genera que el tRNA que esta

descargat es mogui cap al lloc E desde on ser eliminat cap el citosol i que el pptid que el tRNA amb pptid que es trobava a A passi a P. Per que es produeixi el moviment es necessita un canvi de conformaci en el ribosoma indut per EF-G i lenergia proporcionada per un GTP. Aquets dos factors son capaos de provocar un

Balan energtic: Per cada uni dun aa gastem dos GTP

4.3.2 Correcci de probes Correcci de probes: Es pot fer gracies a que el complex EF-Tu-GTP i el complex EF-Tu-GDP tenen un temps de vida de milisisegons abans de que es dissocin, aquets dos intervals de temps donen el temps necessari per donar la oportunitat de verificar les

interaccions cod anticod i daquesta manera durant un daquets intervals les unions incorrectes es dissocien del lloc A Equilibri velocitat-fidelitat: Aquesta correcci de probes i per tant la fidelitat tamb te un efecte en la velocitat, daquesta manera sha vist que si en ves dutilitzar GTP sutilitza un anleg GTS que te una velocitat dhidrlisi ms lenta la probabilitat dun error disminueix per la velocitat augmenta.

4.4 Terminaci i alliberaci Definici: Es el procs mitjanant el qual sallibera la cadena peptdica gracies a un cod de terminaci

4.4.1 Terminaci i alliberaci Per que es pugui produir es necessita:

Ribosoma amb el polipptid RNA: Codo de terminaci Factors de terminaci (bacteris)

o RF1: Reconeix els codons de terminaci UAG i UAA o RF2: Reconeix els codons de terminaci UGA i UAA o RF3: No es coneix per se suposa que permet la

dissociaci de les subunitats del ribosoma En eucariotes nomes hi ha un factor de alliberaci anomenat eRF Etapa:

1. Hidrlisi del enlla peptidil-tRNA terminal: Unio dels RF1 o RF2 en el cod de terminaci en el lloc A. Aquets dos factors de terminaci tenen una forma molt semblant al tRNA i provoquen que la peptidltransferasa transfereixi la cadena polipeptdica en creixement a una molcula daigua en ves dun altre aa

2. Alliberaci del polipptid i del ultim tRNA descarga del lloc P 3. Dissociaci del ribosoma de 70S

4.4.2 Cost energtic de la fidelitat de la sntesi proteica Gast energtic: El gest energtic es pot dividir en

La formaci de cada aminoacil-tRNA comporta el gest de dos ATP i un de extra cada vegada que es produeix un error

La elongaci de necessita 2GTP Per tant com a promig es necessiten com a mnim 4 molecules NTP per la uni dun aa de forma correcte. Termodinmica: La sntesi dons necessita de 122kJ/mol pero en canvi la hidrlisi nomes genera -21kJ/mol. Per tant la variaci denergia neta es de -101kJ/mol Objectiu bioqumic de les protenes: Es objectiu es formar dun enlla peptdic entre dos aa especfics de tal manera que la protena pugui contenir informaci. Per tant el fet de que hi aix tanta energia per un sol nucletid es per mantenir la fidelitat del procs i que per tant es pugui guarda informaci en les protenes

4.4.3 Polisomes Definici: Son grans agrupacions de 10 a 100 ribosomes que estan produint la sntesi del mateix mRNA al mateix temps Acoblament transcripci-traducci:

Bacteris: Es pot produir la traducci abans de que aix acabat la transcripci ja que no hi ha nucli. El tremps de vida dun mRNA en el bacteri es molt curt i daquesta manera li permet aturar la sntesi de protena quan aquesta ja no te que fer cap funci, pero aix tamb comporta que durant el poc temps de vida la traducci es produeixi de forma molt rapida i eficient.

Eucariotes: No es pot produir la traducci abans de que no aix acabat la transcripci perqu el mRNA ha de sorti del nucli

4.5 Plegament i modificaci de les cadenes polipeptdiques Plegament: Just desprs de lalliberaci i a no se que estigui a unit a protenes que ho impedeixin com pot ser les xaperones es produeix el plegament de la protena perqu adopti la conformaci 3D que li permetr fer la seva funci. Daquesta manera pasem duna lnia com es el mRNA a una estructura tridimensional

4.5.1 Modificacions postraduccionals Modificacions del N-ter i C-ter: La principal modificaci que es fa es la eliminaci o be del grup formil (procariotes), o be del residu Met senser (eucariotes). Tambe es poden modificar daltres maneres els extrems N-ter na vegada eliminat el Met i tamb es pot modificar el C-ter. Una de les modificacions ms usuals es lacetilacio del N-ter Prdua de la seqencia senyal: Aquesta seqencia de 15 a 30 aa permeten dirigir la protena a un orgnul en concret on far la seva funci . Una vegada arriba es eliminat mitjanant peptidases especifiques Modificaci daa en concret: Es basa en afegir diferents grups en algun aa especialment com pot ser la

Fosforilacio: Es produeix en Ser, Thr i Tyr Carboxilaci: Es produeix en el glutamat per formar carboxiglutamat que es

molt important per unir-se als ions divalents com el Ca en la coagulaci. Per aquesta carboxilaci es necessita el paper de la vitamina K

Metilaci: Es produeix en Lys que es pot metilar fins a 3 vegades (es pot trobar en calmodulina i protenes musculars) i glutamat (permet eliminar la seva carrega negativa)

Uni de cadenes laterals de glcids: Es basa en afegir cadenes de glcids de forma covalent a la protena mentre sest sintetitzant o desprs de la sntesi per tal de formar glucoprotenes. La uni pot ser de dos maneres

N-glicosdic: La cadena lateral suneix a una Arg O-glicosdic: La cadena lateral suneix a Thr o Ser

En el cas de les N-glicosidic el procs per la glicosilaci es dona en el RE i consta dels segents passos:

1. Formaci del oligosacrid nucli de 14 residus de glcids: Aquest oligosacrid es va formant pas a pas a sobre dun dolicol fosfat que es una molcula lipdica fora llarga que es troba en la membrana del RE. Aquest pas es realitza en el citosol

2. Internalitzaci del oligosacrid: Aquesta internalitzaci es fa gracies a un moviment de flip-flop que fa el dolicol

3. Modificaci del oligosacrid: El oligosacrid nucli es modificat segons la glicoprotena a la qual sha dafegir. Aquestes modificacions poden comporta delacions i adicions. En el cas de les adicions els glcids son portats fins al oligosacrid nucli mitjanats derivats del dolicol fosfat. Malgrat les modificacions sempre es conserven 5 glcids units iguals en lestructura del oligosacrid

4. Transferncia del oligosacrid al Asn mitjanant enlla N-glicosdic 5. Reciclatge del dolicol fosfat

Existeixen alguns antibitics que actuen en el procs de la glucosilaci, com pot ser la tunicamicina que presenta una estructura molt semblant l UDP-N-acetilglucosamina i per tant bloqueja el primer pas de la sntesi del oligosacrid nucli. En el cas de les protenes O-glicosilades la majoria delles es produexen en el aparell de Golgi tot i que algunes tamb es produeixen en el RE o en el citosol Aquestes glucoprotenes son molt tpiques en les protenes de funci extracellular i tamb ens proteoglicans Adici de grups isopropenil: Es basa en afegir un grup isopropenil mitjanant un enlla fosfodister amb un grup tiol de la cadena lateral duna Cys. Aquets isopropanols provenen de intermediaris pirofosforilats de la via de degradaci del colesterol Algunes protenes que tenen un grup propenil pot ser la protena Ras i aquest grup li server per poder-se encarar a la MP. Aquesta protena es molt important en el cncer Adici de grups prosttics: Es basa en afegir un grup prostetic de forma covalent tot i que hem de destacar que alguns dells nomes suniran o interaccionaran amb la protena en certs moment permeten aix que aquesta sigui funcional Alguns exemples sn la biotina en el acetil-CoA carboxilasa o el grup hemo en la hemoglobina o el citocrom c Modificaci proteoltica: Moltes protenes son sintetitzades en forma de zimgens o preproproteines i que per tant necessiten un tall proteoltic en un lloc especfic perqu aquestes siguin actives. Formaci de ponts disulfur: Es basa en la formaci de ponts disulfur entre dos grups tiols de dues Cys. Aquets ponts son vitals per protenes destinades a lexportacio ja que aquets ponts ajudaran a preservar lestructura i evitar la desnaturalitzaci en el medi extracellular

5. Inhibici de la sntesi de protenes per antibitics o toxines Especificitat dels antibitics: Malgrat que la sntesi de protenes entre bacteris i cllules eucaritiques es molt semblant, existeixen diferencies suficients com perqu els antibitics puguin atacar nomes a la sntesi de protenes en bacteris i no pas en eucariotes i que per tant el efecte txic sigui selectiu Antibitics en investigaci: Existeixen antibitics per aturar la sntesi de protenes en quasi totes les etapes per aquest motiu son una eina molt efica per el estudi de la sntesi de protenes.

5.1 Puromicina Definici: Es un antibitic que presenta una estructura molt semblant a la del aminoacil-tRNA per el seu extrem 3 per en canvi en el extrem 5 no es igual. Aix fa que aquest antibitic pugui entrar en el lloc A i que es produeixi el enlla peptdic per impossibilita la translocaci. Posteriorment es disocia. Per tant provoca el aturament de lelongaci de la protena.

5.2 Tetraciclinas Definici: Inhibeixen la sntesi de protenes ja que boqueixen el lloc A del ribosoma i per tant no permeten que suneixi un aminoacil-tRNA

5.3 Cloramfenicol Definici: Inhibeix la sntesi de protenes ja que bloqueja la transferncia del peptidil en els ribosomes procaritics. Hem de tenir en compte que tamb afecta als cloroplasts i mitocndries.

5.4 Cicloheximina Definici: Inhibeix la sntesi de protenes ja que bloqueja la transferncia del peptidil en els ribosomes eucaritics. Aquest no bloqueja la sntesi en cloroplasts i procariotes

5.5 Estreptomicina Definici: Inhibeix la sntesi de protenes perqu provoca una lectura incorrecta del codi gentic en les bactries quan es troba a concentracions baixes i inhibeix iniciaci de la sntesi a concentracions altes

5.6 Toxina diftrica Definici: Inhibeix la sntesi de protenes ja que catalitza la ADP-ribosilaci dun residu a diftamida (His modificada) que es troba en el factor delongaci eucaritic cEF2 i daquesta manera linactiva. Per tant te un efecte toxin per nosaltres

5.7 Ricina Definici: Inhibeix la sntesi de protenes ja que inactiva la subunitat de 60S ja que provoca la despurinitzacio duna adenosina del rRNA de 23S.

6. Dest de les protenes

6.1 Reticle endoplasmtic Caracterstiques de la seqencia senyal de direcci a RE: Les principals caracterstiques sn:

Es troba en el extrem N-ter Conte entre 10 i 15 residus hidrofbics Hi ha un o mes aa carregats positivament per davant dels aa hidrofbics (En el

extrem N-ter de la seqencia senyal) Grup daa polars com pot ser la Ala que es troben desprs dels residus

hidrofbics (En el extrem C-ter de la seqencia senyal, a prop de la zona de tall) Passos del direccionament:

1. Inici de la sntesi de la protena en ribosomes lliures del citosol 2. Aparicio de la seqencia senyal ja que es troba en el extrem N-ter 3. La seqencia senyal suneix a una partcula de reconeixement de la senyal (SRP) 4. Uni dun GTP a la SRP i aix provoca que saturi lelongaci quan la cadena

polipeptdica te uns 70 aa 5. La SRP carregada amb un GTP dirigeix el ribosoma al RE on hi han receptors

especfics de SRC que es troben al costat de complexos de translocaci de pptids. Quan es produeixi la uni SRP i receptor SRP sunira un GTP en el receptor

6. Dissociaci de la SRP del receptor SRP juntament amb la hidrlisi dels 2 GTP 7. Continuaci de la sntesi i el polipptid entra al interior del RE gracies a la fora

que fa la hidrlisi del ATP 8. Eliminaci de la seqencia senyal abans de que sacabi la sntesi de protenes

mitjanant una peptidasa especifica que es troba en el interior de RE 9. Dissociaci del ribosoma

Per tant la translocaci es dona cotraduccionalment Destins des del RE:

1. Des de el RE viatgen formant vescules fins al aparell de Golgi on poden rebre diferents modificacions com afegir oligos mitjanant enllaos O-glicosdics o modificar encara mes els oligosacrids N-glicosdics.

2. Posteriorment poden anar a parar o be a lisosomes o be al medi extracellular o MP. LA diferenciaci de les diferents protenes amb diferents destins ha de ser mitjanant caracterstiques estructurals que no tinguin a veure amb la seqencia peptdica ja que aquesta ha estat eliminada en el RE Alguns daquesta classificacions son les que es produeixen sobre les hidrolases amb dest a lisosomes. Aquestes protenes presenten un caracterstiques estructural encara no determinada per a la qual sanomena parche senyal que es reconeguda per una fosfotransferasa quan la hidrolasa arriba en el AG. Aquesta fosfotransferasa provoca la fosforilaci de diversos residus de manosa del oligosacrid i aquest oligosacrid amb manoses-6-fosfat units mitjanant N-glicosdic son reconeguts per una protena receptora que es troba exposada en la llum del AG. Quan el receptor suneix a la hidrolasa produeix una gemmaci en el costat trans del AG forma una vescula classificadora. A continuaci es trencar la uni amb el receptor gracies a la disminuci del pH i a la climinaci dels grups fosfats. Per acabar de la vescula classificadora es generar una altre vescula per gemmaci que anir a parar als lisosomes i la vescula classificadora anir a parar al AG retornant aix el receptor

6.3 Mitocondri o Cloroplast Els mitocondris i els cloroplast presenten genoma per malgrat aix la majoria de protenes que contenen estan codificades en el DNA. La seqencia senyal que presenten tamb es troba en el extrem N-ter per en aquest cas la translocaci es postraduccionalment. Per aix les protenes mitocondrials o cloroplstiques son sintetitzades en el citosol i suneixen a xaperones que eviten el plegament. Posteriorment la seqencia senyal dirigeix el polipptid cap a mecanismes de translocaci especialitzats. Una vegada al interior del orgnul la seqencia ser eliminada

6.3 Nucli Trfic entre nucli-citosol: Existeix un gran trfic degut a que

Les protenes ribosmiques son exportades al nucli i despres qual les subunitats ribosmiques estan completes son tornades a envia cap al citosol

Protenes que fan la seva funci a nucli com podem ser la polimerasa, la topo... son sintetitzades en el citosol

Desprs duna divisi cellular es necessita que tornin a entrat totes les protenes de nucli. Motiu pel qual com veurem la seqencia senyal de nucli mai es eliminada

Caracterstiques de la seqencia senyal de direcci a nucli (NLS): Son molt variables per sol estar formada per entre 4 i 8 aa que contenen varis residus basics com poden ser Arg o Lys consecutius i es troben al mig de la seqencia Passos del direccionament: Cal remarcar que la translocaci es produeix de forma postraduccional i que algunes vegades poden venir directes dede el RE sense pasar pel citsol

1. La seqencia senyal suneix al complex dimportinas anomenades (reconeix la seqencia NLS) i (suneix a )

2. El complex resultat suneix a un porus nuclear 3. Sinicia la translocaci gracies a lacci de la GTPasa i la Ran 4. Una vegada en el nucli la importina es dissocia de la

5. Alliberaci de limportina de la protena nuclear 6. Transport de les dues importines fora del nucli i per tant reciclades.

6.4 Direccionament de protenes en bacteris Destins de les protenes bacterianes: Les protenes bacterianes poden tenir diferents destins

Membranes internes o externes Espai periplasmatic Medi extracellular

Caracterstiques de la seqencia senyal: Les seqencia senyal es troba en el N-ter i presenta caracterstiques semblants a les de direccionament cap a RE, mitocondri o cloroplast. Per a ms a ms presenta la capacitat de provocar que la protena es plegui molt lentament Passos del direccionament:

1. Uni duna cadena polipeptdica acabada de sintetitzar una xaperona soluble anomenada SecB que es capa de reconeixer el pptid senyal o altres caracterstiques de la seva estructura parcialment plegada.

2. Transferncia de la cadena polipeptdica desde SecB a SecA que es troba associat a un complex de translocaci anomenat SecYEG de la membrana citoplasmtica bacteriana

3. Alliberaci de SecB i inserci de SecA al la membrana forant aix lexportaci duns 20 aa a traves de dun complex de translocaci

4. Canvi de conformaci de SecA que fa que surti de la membrana i alliberi el pptid gracies a lenergia aportat per un ATP

5. SecA es torna a unir a un altre tro de la protena de 20 aa i es torna a translocar

6. Es repeteixen els passos 4 i 5 fins que la protena es translocada completament. Hem de tenir en compte que el potencial electroqumic de la membrana tamb proporciona la fora per la translocaci

Tamb existeixen rutes alternatives

7. Formaci de vescules per lendocitosi de protenes Introducci Existeixen diferents protenes que es troben en el medi extracellular que i tenen la capacitat dunir-se a receptors de membrana especfics anomenats cavitats revestides que son capades de concentren receptors destinats a lendocitosi. Aquesta endocitosi pot estar mediada per clatrina, claveolines o vies independents de clatrina o claveolines. Algunes de les protenes que utilitzen aquesta via sn:

LDL Transferrina Protenes circulats que es tenen que degradar Virus i toxinas

7.1 Clatrina Estructura: Esta formada per tres cadenes lleugeres i tres cadenes pesades que formen una estructura de tres potes anomenada trisqulion. Aquest trisqulion te tendncia a associar-se i formar reds polidriques. Via dependent de clatrina:

1. Una protena extracllular suniex a una cavitat revestida per clatrina i que per tant per la seva part citoslica conte una malla de clatrina formant estructures polidriques tancades.

2. La malla de clatrina va creixen a mesura que els receptors van sent ocupats per les protena extracellular fins que es crea una vescula endocitica completa.

3. Gracies a la GTPasa anomenada dinamina es pot acabar destrangular la MP i per tant es forma una gemmaci

4. La clatrina es eliminada rpidament gracies a laccio denzims decapants i les vescules es fusionen amb un endosoma

5. El endosoma redueix el pH gracies a lacciduna ATPasa i aix fa que la protena extracellular es separi del receptor.

6. Posteriorment el receptor i la protena segueixen camins diferents i el seu dest depn de la protena extracellular i el receptor.

a. Transferrina: Es reciclen tant la protena com el receptor b. Hormones, GF...: Es degraden tant les protenes com els receptors

desprs de produir el efecte adequat. c. LDL: Les protenes es degrades desprs de que el colesterol aix arribat

al seu dest per el receptor es recicla.

7.2 Caveolina Via dependent de caveolina:

1. Una protena extracllular suniex a una cavitat revestida per caveolina i que per tant a la seva part citoslica conte una malla de caveolina.

2. Es forma una vescula gracies tamb a la dinamina

3. La vescula es fusiona amb un caveosoma que son unes vescules internes molt grans recobertes totes elles per caveosomes.

4. En el caveosoma les protenes son classificades i dirigides a altres parts de la cllula.

5. Reciclatge de la caveolina perqu tornin a la MP

8. Degradaci de les protenes Temps de vida mitja: La majoria de les protenes tenen una vida mitja curta per existeixen excepcions com son el cas de la hemoglobina que es capa de durar el mateix temps que els eritrcits o tamb les protenes defectuoses i les protenes reguladores de vies metabliques que la seva degradaci es immediata o molt rapida respectivament. Aquest vida mitja moltes vegades be regulada per la seqencia N-ter Mecanismes de degradaci de protenes:

Sistemes citoslics dependents de ATP: Succeix tant en eucariotes com en procariotes

Sistema long: Succeix en E.coli i es dependent de ATP (2ATP per cada enlla peptdic tallat) com a resultat genera fragments peptdics que despres seguiran altres vies de degradaci. Sutilitza per degradada protenes defectuoses o de vida mitja curta

Sistemes lisosomals: Succeix nomes en vertebrats i sutilitza per protenes de membrana, protenes extracellulars i protenes de vida mitjan llarga.

Sistema ubiquitincio i proteosoma: Succeix en eucariotes

8.1 Ubiquitina Definici: Es una protena de 76 residus que es troba en totes les eucariotes i esta molt conservada i que es capa dunir-se covalentment a les protenes i daquesta manera direccionar-les cap al proteosoma. Ubiquitinaci: Es produeixen varies i daquesta manera una protena queda poliubiquitinada.

1. E1 suneix al C-ter que es de una Gly i li transfereix un grup tiol

2. E2 remplaa a E1 3. Gracies E3 un complex E2-ubiquitina es capa datacar un

grup -amino duna Lys formant aix un enlla amina. E2 i E3 tenen diferent especificitat per les protenes i per tant regulen diferents processos cellulars en diferents compartiments cllulars

TEMA 27.BIOLOGA MOLECULAR

37

superficie periplasmtica. Esta diferencia puede reflejar simplemente la necesidad de la ATPasa de encontrarse donde el ATP est disponible. El potencial electroqumico transmembrana puede tambin suministrar energa para la translocacin de una protena destinada a la exportacin, mediante un mecanismo todava no aclarado.

Aunque la mayora de las protenas bacterianas exportadas emplean esta ruta, algunas utilizan una ruta

alternativa que depende de seales de reconocimiento y de protenas receptoras homologas a los componentes de las SRP y los receptores SRP eucariticos (Fig. 27-38).

LAS CLULAS IMPORTAN PROTENAS MEDIANTE ENDOCITOSIS FACILITADA POR RECEPTORES

Las clulas importan algunas protenas del medio circundante, tales como la lipoprotena de baja densidad (LDL), la protena transportadora de hierro transferrina, hormonas peptdicas y protenas circulantes destinadas a la degradacin. Hay varias rutas de importacin (Fig. 27-45). En una de estas rutas, las protenas se unen a receptores en invaginaciones de la membrana denominadas cavidades recubiertas, que concentran receptores destinados a la endocitosis, con preferencia a otras protenas de la superficie celular. Las cavidades estn recubiertas en su lado citoslico por una malla de la protena clatrina, que forma estructuras polidricas cerradas (Fig. 27-46). La malla de clatrina crece a medida que los receptores van siendo ocupados por protenas diana, hasta que una vescula endoctica completa unida a la membrana se se-para por gemacin de la membrana plasmtica con ayuda de la gran GTPasa dinamina y pasa al citoplasma. La clatrina se elimina rpidamente por enzimas decapantes y la vescula se fusiona con un endosoma. La actividad de las ATPasas de las membranas de los endosomas reduce el pH, lo que facilita la disociacin de los receptores de sus protenas diana. En una ruta relacionada, la caveolina causa la invaginacin de zonas de la membrana que contienen balsas de lpidos asociados a ciertos tipos de receptores (vase la Fig. 11-21). A continuacin estas vesculas endocticas se fusionan con estructuras internas con caveolina, los caveosomas, donde las molculas internalizadas son clasificadas y dirigidas a otras partes de la clula, tras lo cual las caveolinas pueden ser recicladas en la superficie de la membrana. Tambin hay rutas independientes de clatrina y de caveolina; algunas usan dinamina y otras no.

Las protenas importadas y los receptores siguen vas distintas y su destino depende del tipo de clula y del tipo de protena.

8.2 Proteosoma Definici: Es un complex proteic que sencarrega de degradar les proteines Estructura: Esta formada per dos copies de dues subunitats cadascuna:

Partcula nucli o de 20S: te forma de barril i esta formada per 4 anells. Els anells exteriors estan formats per set subunitats i els anells interiors per set subunitats . Tres de les 7 subunitats conte activitat proteasa amb una especificitat de substrat diferent. Per tant es la zona en la qual son degradades les protenes.

Partcula reguladora o de 19S: Esta formada per 18 subunitats algunes de les quals reconeixen les protenes ubiquitinades, i altres 6 tenen activitat ATPasa i per tant probablement estan implicades en el desplegament de les protenes i a la translocaci daquestes cap al interior de la partcula nucli. Per tant es la zona en la qual es dona el reconeixement i la internalitzaci de les protenes

8.3 Patologia produdes per defectes en la degradaci de protenes Alguns dels problemes associats a la no degradaci de protenes provocat per problemes en la ubiquitinacio sn:

Formaci de tumors : Ja que la no degradaci provoca lactivaci de la divisi cellular. Aquest efecte tamb pot estar produt per una degradaci massa rapida

Enfermetats renals Asma Enfermetetats neurodegeneratives Fibrosis quisitica ....