Volver a la Página Índice Español
© 1996–2016 themedicalbiochemistrypage.org, LLC | info @ themedicalbiochemistrypage.org

Introducción

La traducción es la síntesis de polipéptidos dirigida por el RNA. Este proceso requiere de las tres clases de RNA. Aunque la química de la formación de los enlaces peptídicos es relativamente simple, los procesos que conducen a la capacidad para formar un enlace peptídico son excesivamente complejos. El patrón para la adición correcta de aminoácidos individuales es el mRNA, e involucra tanto al tRNAs como al rRNAs. Los tRNAs llevan los aminoácidos activados al ribosoma que esta compuesto de rRNA y de proteínas ribosomales. El ribosoma se asocia con el mRNA asegurando el acceso correcto de los tRNAs activados y conteniendo las actividades enzimáticas necesarias para catalizar la formación del enlace peptídico.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Regreso al inicio

Perspectivas Históricas

Experimentos genéticos iniciales demostraron:

1. La colinearidad entre el DNA y la proteína codificada por el DNA. Yanofsky demostró que el orden de las mutaciones observadas en el gen triptófano sintetasa de E. coli era igual que los cambios de aminoácidos correspondientes en la proteína.

2. Crick y Brenner demostraron, de una gran serie de mutaciones dobles del bacteriófago T4, que el código genético es leído de una manera secuencial empezando desde un punto fijo en el gen, que el código era probablemente un triplete y que las 64 combinaciones posibles del código de 4 nucleótidos para los aminoácidos, es decir, que el código es degenerado puesto que hay solamente 20 aminoácidos.

Los experimentos anteriormente mencionados indicaron solamente la correlación deductiva con respecto al código genético. El diccionario exacto del código genético fue determinado originalmente por el uso de los sistemas de traducción in vitro derivados de las células de E. coli. Poliribonucleótidos sintéticos fueron agregados a estos sistemas de traducción junto con los veinte aminoácidos. Un aminoácido a la vez era marcado con radioactividad. La primera demostración del diccionario del código genético fue con el uso de poli (U). Este poli ribonucleótido sintético codificó el aminoácido fenilalanina, es decir, el polipéptido resultante fue poli (F).

La utilización de una variedad de repeticiones di-, tri- y tetra poliribonucleótidos estableció el código genético entero. Los resultados de estos experimentos confirmaron que algunos aminoácidos son codificados por más de un codon triple, de ahí la degeneración del código genético. Estos experimentos también establecieron la identidad de los codones terminales de la traducción.

Un punto adicional importante de estos experimentos iniciales era que el extremo 5' del RNA correspondía al polipéptido amino terminal. Esto era importante puesto que los experimentos anteriores habían demostrado que el N-terminal es el inicio del polipéptido que se esta elongando. Por lo tanto, los experimentos de traducción in vitro establecieron que el RNA es leído en la dirección de 5' a 3'.

Crick postulo primero que la traducción del código genético sería realizada con la mediación de moléculas adaptadoras. Cada adaptador fue postulado para llevar un aminoácido específico y para reconocer el codon correspondiente. él sugirió que los adaptadores contenian el RNA porque el reconocimiento del codon podría entonces ocurrir por complementariedad a las secuencias de los codones en el mRNA.

Durante el curso de la síntesis de proteínas in vitro y los experimentos con aminoácidos marcados se demostró que los aminoácidos se juntaban transitoriamente a una fracción del RNA de bajo peso molecular. Esta fracción de RNAs ha sido llamada RNAs de transferencia (tRNAs) puesto que transfiere los aminoácidos al polipéptido que se esta elongando. Estos resultados indican que la traduccón exacta requiere de dos pasos de reconocimiento igualmente importantes:

1. La opción correcta del aminoácido necesita ser realizada por adherencia al tRNA correspondiente.

2. La selección del correcto aminoácido cargado con tRNA por el mRNA. Este proceso es facilitado por los ribosomas que discutiremos abajo.

Resumen de los experimentos para determinar el código genético

1. El código genético es leído en una manera secuencial comenzando cerca del extremo 5' del mRNA. Esto significa que la traducción procede a lo largo del mRNA en la dirección 5'——> 3' que corresponde a la dirección N-terminal a C-terminal de las secuencias de los aminoácidos dentro de las proteínas.

2. El código esta compuesto de una tripleta de nucleótidos.

3. Que todas las 64 combinaciones posibles de los 4 nucleótidos codifican para los aminoácidos, es decir, el código es degenerativo puesto que hay solo 20 aminoácidos.

El diccionario exacto del código genético fue determinado con el uso de sistemas de traducción in vitro y poliribonucleótidos. Los resultados de estos experimentos confirmaron que algunos aminoácidos son codificados por más de una tripleta de codon, de ahí la degeneración del código genético. Estos experimentos también establecieron la identidad de los codones de terminación de la traducción.

Regreso al inicio

El Código Genético

Representadas abajo están las tripletas que son utilizadas para cada uno de los 20 aminoácidos que se encuentran en las proteínas eucarióticas. La fila en el lado izquierdo indica el primer nucleótido de cada tripleta y la fila a través de la parte superior representa el segundo nucleótido. La posición de bamboleo de los nucleótidos se indica en azul. Los tres codones de parada se destacan en rojo.

El codón de trillizos el código genético


Regreso al inicio

Características de los tRNAs

Más de 300 diferentes tRNAs han sido secuenciados, en forma directa o de su secuencia de DNA correspondiente. Los tRNAs varían en longitud de 60–95 nucleótidos (18–28 kD). La mayoría contiene 76 nucleótidos. La evidencia ha demostrado que el papel del tRNAs en la traducción es el de transportar aminoácidos activados a las cadenas de polipéptido que se están elongando. Todos los tRNAs:

1. Exhiben una estructura de hoja de trébol como la estructura secundaria.

típica estructura del ARNt

Estructura de un típico moleculae ARNt. Los comunes tallo-bucle dominios que forman el bucle anticodón, el bucle D, y el bucle TΨC se destacan. Los –CCA– nucleótidos mostradas en el extremo 3' del ARNt son añadió post-transcripcional a todos los ARNt eucariotas.

2. Tienen un fosfato terminal 5'.

3. Tienen un tronco de 7 bp que incluye el nucleótido 5' terminal y puede contener pares de base de no-Watson-Crick, e.g. 5'-GU-3'. Esta porción del tRNA es llamada aceptor puesto que el aminoácido es transportado por el tRNA mientras que está unido a los grupos OH 3' terminal.

4. Tiene un lazo D y un lazo TΨC.

Estructura de dihidrouridina y pseudouridine

5. Tiene un lazo anti-codon.

6. Terminan en el extremo 3' con la secuencia 5'–CCA–3'.

7. Contienen 13 posiciones invariables y 8 posiciones semivariables.

8. Contienen varias bases de nucleótidos modificadas (véase Bioquímica de ácidos nucleicos para las estructuras de varios nucleótidos modificados en tRNAs).

Regreso al inicio

Activación de los aminoácidos

La activación de los aminoácidos se realiza por un proceso de dos pasos catalizada por la aminoacil-tRNA sintetasa. Cada tRNA, y el aminoácido que lleva, es reconocida por una aminoacil-tRNA sintetasa individual. Esto significa que existe por lo menos 20 diferentes aminoacil-tRNA sintetasas, en realidad hay por lo menos 21, puesto que el iniciador met-tRNA de procariotas y eucariotas es distinto del met-tRNAs que no es iniciador.

La activación de aminoácidos requiere de energía en forma de ATP y ocurre en una reacción de dos pasos catalizada por la aminoacil-tRNA sintetasa. Primero la enzima une el aminoácido al α-fosfato del ATP con la liberación concomitante de pirofosfato. Esto es llamado un intermediario aminoacil-adenilato. En el segundo paso la enzima cataliza la transferencia del aminoácido a los 2'– o 3'–OH de la porción de ribosa del residuo de adenosina 3' terminal del tRNA generando aminoacil-tRNA activado. Aunque esta reacción es libremente reversible, la reacción hacia adelante es favorecida por la hidrólisis acoplada del PPi.

El reconocimiento exacto del aminoácido correcto como el tRNA correcto es diferente para cada aminoacil-tRNA sintetasa. Puesto que los diferentes aminoácidos tienen diferentes grupos R, la enzima para cada aminoácido tiene un diferente sitio de unión para su aminoácido específico. No es el anticodon que determina el tRNA utilizado por las sintetasas. Aunque el mecanismo exacto no se conoce para todas las sintetasas, es probable que sea una combinación de la presencia de bases especificas modificadas y de la estructura secundaria de tRNA que es reconocida correctamente por las sintetasas.

Es absolutamente necesaria que la discriminación del correcto aminoácido y del correcto tRNA sea hecha por una sintetasa dada antes de la liberación del aminoacil-tRNA de la enzima. Una vez que el producto se libera no hay otra manera de revisar el texto si un ARNt dado está acoplada a su correspondiente aminoácido. La unión errónea conduciría a que el aminoácido incorrecto sea incorporado en el polipéptido, puesto que la discriminación del aminoácido durante la síntesis de proteínas viene por el reconocimiento del anticodon de un tRNA por el codon del mRNA y no por el reconocimiento del aminoácido. Esto fue demostrado por la desulfurizacion reductiva del cys-tRNAcys con el níquel de Raney generando el ala-tRNAcys. La alanina entonces fue incorporada en un polipéptido donde debía estar una cisteina.

Regreso al inicio

La Hipótesis de Oscilante

Según lo discutido arriba, 3 de los 64 posibles triples de codones son reconocidos como codones de terminación de traducción. Los 61 codones restantes pueden ser considerados como siendo reconocidos por los tRNAs individuales. La mayoría de las células contienen tRNAs isoaceptores, "diferentes tRNAs que son específicas para el mismo aminoácido" sin embargo, muchos tRNAs se unen a dos o tres codones especificando sus aminoácidos connatos. Por ejemplo el tRNAfen de la levadura tiene el anticodon 5'–GmAA–3' y puede reconocer los codones 5'–UUC–3' y 5'–UUU–3'. Es, por lo tanto, posible que una apareación de base que no es de Watson-Crick ocurra en la posición del tercer codon, es decir, el nucleótido 3í del codon de mRNA y el nucleótido 5' del anticodon de tRNA. Este fenómeno ha sido llamado hipótesis de oscilante.

Nucleótidos que constituyen el oscilante posiciones del codón

Diagrama que demuestra los varios nucleótidos modificados de tRNAs que se encuentran en la posición de oscilante en el anticodon. La mitad superior muestra los nucleótidos de oscilante del anticodon en azul y los varios nucleótidos (en rojo) de la posición de bamboleo del codon que se pueden encontrar en los pares de bases no-Watson-Crick. El panel inferior ilustra lo contrario demostrando los nucleótidos de oscilante del codon en azul y los nucleótidos asociados de oscilante del anticodon en rojo.

Ahora que hemos cargado aminoacil-tRNAs y mRNAs para convertir las secuencias del nucleótido a las secuencias del aminoácido necestamos ponerlos juntos en forma exacta y eficiente. éste es el trabajo de los ribosomas. Los ribosomas están compuestos de proteínas y rRNAs.

Todos los organismos vivos necesitan sintetizar proteínas y todas las células de un organismo necesitan sintetizar proteínas, por lo tanto, no es duro imaginarse que los ribosomas son un componente importante de todas las células de todos los organismos. En la constitución de los ribosomas, los rRNA y las proteínas asociadas son levemente diferentes entre los procariotas y los eucariotas.

Regreso al inicio

Orden de los Eventos en la Traducción

La capacidad de comenzar a identificar los papeles de varias proteínas ribosomales en los procesos de ensamblaje y traducción del ribosoma fue ayudada por el descubrimiento de que las subunidades ribosomales pueden ensamblarse a si mismas in vitro a partir de sus partes constitutivas.

Después del ensamblaje de las subunidades pequeñas y grandes sobre el mRNA, y dada la presencia de tRNAs cargados, la síntesis de proteínas puede ocurrir. Para reiterar el proceso de la síntesis de proteínas:

1. La síntesis procede del N-terminal al C-terminal de la proteína.

2. Los ribosomas “leyeron” el mRNA en la dirección 5' a 3'.

3. La traducción activa ocurre en los poliribosomas (también llamados polisomas). Esto significa que más de un ribosoma puede encontrarse unido y traducir un mRNA dado en cualquier momento.

4. El elongamiento de la cadena ocurre mediante adición secuencial de los aminoácidos al extremo C-terminal del polipéptido unido al ribosoma.

La traducción procede en un proceso ordenado. Primero ocurre la iniciación exacta y eficiente, después la elongación de la cadena y finalmente la terminación exacta y eficiente. Los tres procesos requieren de las proteínas específicas, algunas de las cuales están asociados al ribosoma y algunas de las cuales están separadas del ribosoma, pero pueden estar asociadas temporalmente a él.

Regreso al inicio

Iniciación

La iniciación de la traducción en procariotas y eucariotas requiere de un tRNA específico de iniciación, tRNAmeti, que es usado para incorporar el residuo de metionina inicial dentro de todas las proteínas. En E. coli una versión específica de tRNAmeti es requerida para iniciar la traducción, [tRNAfmeti]. La metionina unida a este tRNA iniciador es formilada. La formilación requiere de N10-formi-THF y se hace luego que la metionina se une al tRNA. El fmet-tRNAfmeti todavía reconoce el mismo codon, AUG, como un tRNAmet regular. A pesar que el tRNAmeti es específico para la iniciación en eucariotas no es un tRNAmet formilado.

La iniciación de la traducción requiere del reconocimiento de un codon AUG. En el RNAs procariótico policistrónico este codon AUG está localizado adyacente al elemento Shine-Dalgarno en el mRNA. El elemento Shine-Dalgarno es reconocido por las secuencias complementarias en la subunidad menor de rRNA (16S en E. coli).

El Shine-Dalgarno elemento procarióticas ARNs

El elemento Shine-Dalgarno se encuentra en el lado 5' de cada codon iniciador AUG en los mRNAs procarióticos policistrónicos. Este elemento es complementario a las secuencias presentes cercanas al extremo 3' de los 16S rRNA del ribosoma procariótico.


En los eucariotas los iniciadores AUGs son generalmente, pero no siempre, los primeros en ser encontrados por el ribosoma. Un contexto especifico de secuencia, que rodea el iniciador AUG, ayuda a la discriminación ribosomal. Este contexto es A/GCcA/GCCAUGA/G en la mayoría de los ARNm y se conoce como la secuencia de consenso de Kozak.

Regreso al inicio

Factores de Iniciación Eucarióticos y sus Funciones

Las proteínas especificas no asociadas a los ribosomas que se requieren para la exacta iniciación de la traducción se llaman factores de iniciación. En E. coli ellas con IFs y en eucariotas ellas son eIFs. Se han identificado numerosos eIFs:

Factor de Iniciación Actividad
eIF-1 Reposición de met-tRNA para facilitar la unión del mRNA
eIF-2 Formación compleja ternaria
eIF-2A AUG-dependiente de met-tRNAmeti uniendo al ribosoma 40S
eIF-2B (también llamado GEF) factor de intercambio del nucleótido guanina Intercambio de GTP/GDP durante el reciclaje de eIF-2
eIF-3, compuesto de 13 subunidades (véase más adelante) Subunidad del ribosoma antiasociación al unirse a la subunidad 40S, las subunidades eIF-3e y eIF-3i transforman las células normales cuando son sobre expresadas, la sobre expresión de elf-3A (también llamada elF3 p170) ha sido asociada con varios cánceres humanos
Factor complejo de iniciación designado a menudo como eIF-4F compuesto por 3 subunidades primarias: eIF-4E, eIF-4A, eIF-4G y por lo menos 2 factores adicionales: PABP, Mnk1 (o Mnk2) Unión del mRNA a la subunidad 40S, actividad de helicasa del RNA dependiente de ATPasa, la interacción entre la cola poliA y la estructura cubierta (cap)
PABP: proteína de unión poliA Une la cola poliA de los mRNAs y permite la unión al eIF-4G
Mnk1 y Mnk2
elF-4E cinasas
Fosforila eIF-4E incrementando la asociación con la estructura de cubierta (cap)
eIF-4A Helicasa de RNA dependiente de ATPasa
eIF-4E Reconocimiento de cubierta 5'; frecuentemente encontrada sobre expresada en cánceres humanos, la inhibición de eIF4E es actualmente un blanco para terapias anticáncer
4E-BP (también llamado PHAS) 3 formas conocidas cuando 4E-BP esta defosforilado se une eIF-4E y reprime su actividad, la fosforilación de 4E-BP ocurre en respuesta a muchos estímulos de crecimiento conduciendo a la liberación de eIF-4E e incrementando la iniciación de la traducción
eIF-4G Actua como una base para el ensamblaje de eIF-4E y -4A en el complejo eIF-4F, interacción el el PABP permite que el terminal 5í y el terminal 3íde los mRNAs actuén
eIF-4B Estimula la helicasa, se une simultáneamente con el eIF-4F
eIF-5 Liberación de eIF-2 y de eIF-3, GTPasa dependiente del ribosoma
eIF-6 Subunidad de antiasociación del ribosoma

Regreso al inicio

Actividades de eIF-3

El eIF-3 está compuesto de 13 diferentes subunidades cuyos tamaños, nomenclatura y funciones se describen en la tabla a continuación. La importancia de la eIF-3 el complejo de iniciación en la traducción se demuestra por el hecho de que asamblea de la eIF-2-GTP-met-ARNtimet (el complejo ternario) cumple, vinculante de los complejos ternarios y otros componentes de los 43S antes de la apertura complejo (PIC) para el ribosome 40S subunidad, la contratación de los ARNm de los 43S PIC, y la digitalización de los ARNm para el codón iniciador AUG reconocimiento a todos eIF-3 dependientes de la actividad compleja. Por lo tanto, la función primaria de los componentes de la eIF-3 es el de actuar como un andamio para la asamblea de la PIC y montado este complejo se conoce como el inicio de varios factor de complejidad (MFC).

Nomenclatura Subunidad designación humanos Función
eIF3A p170 se une la subunidad 40S, se une el eIF-4B, que participan en la formación de MFC, contratación de ARNm y el complejo ternario
eIF3B p116 se une la subunidad 40S, que participan en la formación de MFC, la contratación y la ARNm de la exploración, la contratación de complejo ternario
eIF3C p110 se une la subunidad 40S, que participan en la formación de MFC, la contratación y la ARNm de la exploración, la contratación de complejos ternarios, el reconocimiento de la iniciador AUG
eIF3D p66  
eIF3E p48  
eIF3F p47 que se propone el sitio de unión para mTOR y p70S6K (ver reglamento eIF-4E de la actividad por debajo)
eIF3G p44 unión de la eIF-4B
eIF3H p40  
eIF3I p36  
eIF3J p35 se une la subunidad 40S, que participan en la formación de MFC
eIF3K p28  
eIF3L p67  
eIF3M GA17  

Regreso al inicio

Pasos Específicos en la Iniciación de la Traducción

La iniciación de la traducción requiere de 4 pasos específicos:

1. Un ribosoma debe disociarse en sus subunidades 40S y 60S.

2. Se forma un complejo ternario llamado complejo de preiniciación, consiste en el iniciador, GTP eIF-2 y las subunidades 40S.

3. El mRNA está unido al complejo de preiniciación.

4. La subunidad 60S se asocia al complejo de preiniciación para formar el complejo de iniciación 80S.

complejos procesos de iniciación de la traducción

Los detalles de los procesos complejos que se requieren para la iniciación precisa y eficaz de la traducción.    Varios factores de iniciación (por ejemplo eIF-1 y eIF-3) tienen la obligación de asegurarse de que el 60S y 40S    subunidades ribosomales permanecen separados (anti-asociación) de manera que las nuevas rondas de traducción puede comenzar. El complejo ternario,    compuesto por GTP unido a la α-subunidad de eIF2 y el iniciador metionil-tRNAmet, pueden participar los 40S    subunidad. El complejo eIF-4F, que comprende el factor de unión a tope, eIF-4E, la RNA helicasa eIF-4A, y la subunidad andamio,    eIF-4G captura un mRNA y lo lleva a la 40S y subunidad del complejo ternario. Una vez que el ARNm, 40S y 60S,    subunidades, y el complejo ternario resultante se complejan el 80S iniciación complejo constituye la realización de    el proceso de iniciación de la traducción.

Los factores de iniciación de eIF-1 y de eIF-3 se unen a las subunidades ribosomales 40S favoreciendo la antiasociación de las subunidades 60S. La prevención de la reasociación de la subunidad permite la formación del complejo de preiniciación.

El primer paso en la formación del complejo de preiniciación es la unión del GTP al eIF-2 para formar un complejo binario. El eIF-2 esta compuesto de tres subunidades, α, β y γ. El complejo binario entonces se une al iniciador del tRNA activado, met-tRNAmet, formando un complejo ternario que luego se une a la subunidad 40S formando el complejo de preiniciación 43S. El complejo de preiniciación es estabilizado por la asociación anterior de eIF-3 y eIF-1 a la subunidad 40S.

La estructura de cubierta (cap) de los mRNAs eucarióticos se une con los eIFs específicos antes de la asociación con el complejo de preiniciación. La unión de la cubierta (cap) se logra por el factor de iniciación eIF-4F. Este factor es realmente un complejo de 3 proteínas; eIF-4E, A y G. La proteína eIF-4E es una proteína de 24 kDa que físicamente reconoce y une a la estructura de cubierta (cap). El eIF-4A es una proteína de 46 kDa que une e hidroliza el ATP y demuestra actividad de helicasa del RNA. Es necesario el desenrollamiento de la estructura secundaria del mRNA para permitir el acceso de las subunidades ribosomales. El eIF-4G ayuda en la unión del mRNA al complejo de preiniciación 43S.

Una vez que el mRNA es alineado correctamente sobre el complejo de preiniciación y el iniciador met-tRNAmet es unido al codon iniciador AUG (un proceso facilitado por eIF-1) la subunidad 60S se asocia con el complejo. La asociación de la subunidad 60S requiere de la actividad de eIF-5 que primero se une al complejo de preiniciación. La energía necesaria para estimular la formación del complejo de iniciación 80S viene de la hidrólisis del GTP unido a eIF-2. La forma de GDP asociada al eIF-2 entonces se une a eIF-2B que estimula el intercambio de GTP por GDP en el eIF-2. Cuando el GTP es intercambiado, el eIF-2B se disocia de eIF-2. A esto se denomina ciclo de eIF-2 (véase el diagrama abajo). Este ciclo es requerido absolutamente para que ocurra la iniciación de la traducción eucariótica. La reacción de intercambio de GTP puede ser afectada por la fosforilación de la subunidad α del eIF-2.

En esta etapa el iniciador met-tRNAmet esta unido al mRNA dentro de un sitio específico del ribosoma llamado sitio P, por sitio del péptido. El otro sitio dentro del ribosoma en el cual entran los tRNAs cargados se llama sitio A, por sitio del aminoácido.

El ciclo de eIF-2

El ciclo de eIF-2. El ciclo de eIF-2 envuelve la regeneración del GTP unido a eIF-2 siguiendo la hidrólisis de GTP durante la iniciación de la traducción. Cuando el complejo de preiniciación 40S es ocupado con los ribosomas 60S para formar el complejo de iniciación 80S, el GTP unido a eIF-2 es hidrolizado proporcionando energía para el proceso. Para que los ciclos adicionales de la iniciación de la traducción puedan ocurrir, el GDP unido a eIF-2 debe intercambiarse por GTP. ésta es la función de eIF-2B que también es llamado factor de intercambio del nucleótido guanina (siglas en Inglés: GEF).

Regreso al inicio

Papel de la ARNm cola poli(A) en la Iniciación

Como se discute en la página Metabolismo del RNA, más ARNm eucariotas poseen una [poli(A)] cola poliadenilado en su extremo 3'. Una de las principales función de la poli(A) de cola es para proteger el ARNm de la degradación de exonucleasa. Sin embargo, una función igualmente importante es su papel en la iniciación de la traducción. El poli(A) cola se ha demostrado que interactúan con la estructura 5'-tapa de forma sinérgica para estimular la traducción. Esta interacción se lleva a cabo por la presencia de una proteína de unión al ARN específico de 70 kDa llamada el proteína de poli(A) unión (siglas en Inglés: PABP). Varias copias de esta proteína se encuentra asociada con la cola poli(A) de la mayoría de los ARNm. Los PABPs interactúan con la proteína de andamiaje, eIF4G, resultando en una circularización del ARNm que conduce a la yuxtaposición de 5' y 3'.

Se cree que este bucle cerrado de ARNm mejora la eficacia de la traducción. Una posible mecanismo de la traducción mejorada es que el ARNm circularizado por facilita la la utilización y / o reciclaje de 40S subunidades ribosomal. Otra posible razón para traducción mejorada es que sólo los ARNm intactos se traducen de manera eficiente evitando así la generación de potencialmente dominante negativo formas de una proteína dada de ser traducido. Otra posible ventaja de este circuito cerrado es que PABP ahora puede participar en la la promoción de la asociación de los 60S subunidad ribosomal con el pre-inicio compleja. También es posible que la interacción de PABP con eIF4G podría hacer cambios a la actividad global de la eIF4F complejo unido a la estructura de la tapa.

La evidencia reciente ha demostrado que la circularización ARNm, efectuada por PABP, es de hecho un paso clave en la iniciación de la traducción y que este proceso representa un medio para ejercer el control sobre la traducción. Dos proteínas de unión a PABP Recientemente se han caracterizado y llama PABP proteína de interacción 1 y 2 (Paip1 y Paip2). Paip1 interactúa con eIF4A y ha sido se muestra para mejorar la traducción. Por otro lado, Paip2 inhibe la formación de la 80S complejo de iniciación y, por tanto, inhibe la traducción. Paip2 también compite con Paip1 para la unión a PABP y es capaz de desplazar PABP de la poli(A) de cola. Paip2 también compite con eIF4G unión a PABP debido a una superposición en th sitios ebinding para estas dos proteínas en PABP.

Regreso al inicio

Cap-Independiente (IRES mediada) Traslacional Iniciación

Iniciación de la traducción dependiente de Cap representa el mecanismo principal para la traducción de la gran mayoría de los ARNm eucariotas. Como se discutió anteriormente este proceso implica el reconocimiento de la estructura de la tapa por el complejo de la tapa de unión eIF4F (compuesto por eIF4A, eIF4E y eIF4G). La unión de las estructuras de cabeza es la función de eIF4E, mientras eIF4G es un andamio de proteínas que se une eIF4E, eIF4A y el ARNm. El 40S subunidad ribosomal se une una proteína compleja que incluye el complejo ternario (eIF2-GTP-tRNA i-met. El ensamblado complejo de proteínas a continuación, se une el ARNm en la estructura de la tapa y, a continuación escanea a lo largo del ARNm hasta que un Codón de iniciación AUG es reconocida en un contexto de secuencia apropiado.

Durante los estudios de los picornavirus (incluyendo virus de la polio), se descubrió que estos virus podría iniciar la traducción, usando la maquinaria de traducción de acogida, a través de un sitio interno de entrada al ribosoma (IRES). Un IRES es una estructura de ARN que contrata directamente los 40S subunidades ribosomal través un mecanismo que es independiente tanto de una estructura de la tapa y el extremo 5 'de los ARNm virales. Posteriormente una serie de mRNAs virales eucarióticos, se mostró a utilizar la tapa independiente iniciación de la traducción mediada por IRES elementos en sus ARNm. No se encontraron elementos IRES consistir larga (nucleótidos 300-500) se extiende de secuencias altamente estructuradas. Sin embargo, los mecanismos de los precises por el cual los diferentes elementos IRES reclutar la maquinaria ribosómica no se entiende completamente. En cualquier caso, los elementos IRES virales se han clasificado en cuatro grupos estructurales principales, personificada por el poliovirus (PV; tipo 1), virus de la encefalomiocarditis (EMCV; tipo 2), el virus de la hepatitis C (HCV; tipo 3) y el virus de la parálisis del grillo (CrPV; tipo 4).

La capacidad de IRES mediada por la iniciación de la traducción que se produzca es estrictamente dependiente de la estructura general del IRES. Sustituciones de nucleótidos individuales, así como las pequeñas deleciones o inserciones, o bien se puede reducir o aumentar la actividad de un IRES particulares. Teniendo en cuenta estos requisitos, es probable que la funcionalidad IRES puede cambiar bajo diferentes fisiológico y / o patológico condiciones debido a los cambios en la estructura de IRES en estas condiciones diferentes. otro contribuyente a la función IRES, en algunos ARNm (por ejemplo, Myc y BIP) es la poli(A) de cola a pesar de ser independiente de la estructura de la tapa. Ir a la sección anterior para ver el papel de la poli(A) cola de iniciación de la traducción cap-dependiente. Además, muchos de los elementos IRES función a través de interacciones con varios de la iniciación factores (eIFs) necesarios para la iniciación cap-dependiente, como eIF4G.

Varios elementos IRES requieren, no sólo un subconjunto de eIFs, sino también ciertas proteínas de unión a ARN con el fin de facilitar la iniciación de la traducción independiente de caperuza. Estos factores no eIF se llaman IRES factores de trans-activación (ITAFs). Varios ITAFs se han identificado como polypyrimidine proteína de unión del tracto (PTB, también llamado hnRNP I), poli (rC) proteína de unión 2 (PCBP2, también llamado hnRNP E), hnRNP C1/C2, hnRNP D, aguas arriba de N-ras (UNR), ITAF45, y el autoantígeno de lupus (La). Es potencialmente significativo que algunos de estos ITAFs son hnRNPs (ribonucleoproteínas nucleares heterogéneas) ya que éstos son una familia de proteínas implicadas en el procesamiento de pre-ARNm, la exportación de ARNm, la localización, la estabilidad, como así como la traducción.

Más recientemente varios genes no virales eucarióticos que codifican proto-oncogenes, factores de crecimiento, proteínas implicadas en la regulación de la muerte celular programada (apoptosis), la progresión del ciclo celular y respuesta de estrés se ha demostrado que expresar ARNm que contienen elementos IRES en su 5' regiones no traducidas (UTR). La presencia de elementos IRES en estos ARNm, la mayoría de los cuales También albergan una estructura cap, permite la traducción de proceder en las condiciones donde se reprime iniciación de la traducción cap-dependiente. Por lo tanto, el sello distintivo de Traducción mediada por IRES es que permite la expresión génica mejorada o continuo (en el nivel de la síntesis de proteínas) en condiciones en las normales, traducción cap-dependiente es de cierre o en peligro. En efecto, IRES elementos han demostrado ser activa durante y / o después de la irradiación, la hipoxia, la angiogénesis, la apoptosis y la privación de nutrientes (aminoácidos). Por lo tanto, mediada por IRES iniciación de la traducción representa un mecanismo de regulación que permite a las células para responder y hacer frente con diversas circunstancias transitorias relacionadas con el estrés. También elementos IRES en ciertos ARNm es probable a ser importante para el mantenimiento de los procesos fisiológicos normales como así.

Varios Ejemplos de los ARNm de Mamíferos que Contienen IRES

Nombre Gene Proteína Clase / Activación Condiciones Conocido ITAF
eIF4G traducción  
Factor activador de proteasa apoptótica 1, Apaf1 activador de la apoptosis, la utilización IRES durante la apoptosis PTB, Unr, DAP5
Inhibidor ligada al cromosoma X de proteínas apoptosis, XIAP inhibidor de la apoptosis, la utilización IRES durante la apoptosis La, DAP5, hnRNPC1, hnRNPC2
Bcl-2 inhibidor de la apoptosis, la utilización IRES durante la apoptosis  
factor de represión de NF-κB, NKRF factor de transcripción, bloquea la transcripción de genes de respuesta NF-κB  
FGF-1 factor de crecimiento
FGF-2 factor de crecimiento hnRNPA1
linfoide factor de potenciador de unión 1, LEF-1 factor de transcripción; utilización IRES durante la oncogénesis  
factor de crecimiento endotelial vascular, VEGF factor de crecimientor, stimulates angiogenesis; IRES utilization during hypoxia PTB
el factor inducible por hipoxia 1α, HIF-1α factor de transcripción, regula la expresión de genes implicados en metabolismo de la energía, la angiogénesis, y la apoptosis; utilización IRES durante la hipoxia PTB
Hsp70 chaperona, la utilización de IRES durante el choque térmico y la apoptosis  
proteína de unión a la cadena pesada de la inmunoglobulina, BiP (también llamada glucosa-regulada proteína-kDa, GRP78, y la proteína 5 de choque térmico 70 kDa, HSPA5 chaperona, utilización IRES durante el choque térmico La, NSAP1

Regreso al inicio

Reglamento de la Iniciación de la Traducción: las Quinasas eIF2α

Reglamento de la iniciación en eucariotas se efectúa principalmente por la fosforilación de Ser (S) de residuos en la α-subunidad de eIF-2. Fosforila el eIF-2, en el ausencia de eIF-2B, es tan activo como un iniciador no fosforilada eIF-2. Sin embargo, cuando el eIF-2 se fosforila el GDP determinada complejo se estabiliza y el intercambio de GTP se inhibe. El intercambio de GDP de GTP está mediada por eIF-2B (ver sección anterior). Cuando eIF-2 se fosforila la α, β, y γ subunidades compuestas de sub-complejo eIF-2B se une con más fuerza disminuyendo la velocidad de intercambio de nucleótidos. Es esta inhibido de cambio que afecta a la tasa de inicio. Reglamento de la iniciación de la traducción, a través de la fosforilación de eIF-2α, se produce bajo una serie de condiciones diferentes que incluyen el retículo endoplásmico (RE) el estrés, el estrés de nutrientes (privación o restricción), infección viral, y en los eritrocitos como consecuencia de la limitación del grupo hemo. Cada una de estas vías de regulación distinto consiste en una única eIF-2α quinasa, y hay cuatro de estos relacionados con quinasas que existen en las células de mamíferos. Cada quinasa eIF-2α contiene única dominios reguladores que interactúan con agentes inductores de varios en respuesta a diferentes condiciones relacionadas con el estrés.

las actividades de las quinasas eIF2a

Los eIF-2α quinasas. Cada uno de los varios eIF-2α quinasas responde a diferentes factores de estrés fisiológico y / o el medio ambiente e induce la la fosforilación de la α-subunidad de eIF-2. En el caso de estrés nutricional o la respuesta de la proteína desplegada (siglas en Inglés: UPR), la fosforilación de eIF-2α resultados en la traducción preferente de los factores de transcripción (por ejemplo, ATF4) que inician un patrón de expresión génica que permite que la célula responda a la tensión o en el caso de estrés severo y daños en el programa de apoptosis es disparado. GADD34 es un subuit regulador de la proteína fosfatasa-1 (PP-1). La transcripción del gen GADD34 por ATF4 permite un bucle de control de retroalimentación en el nivel de eIF-2α fosforilación.

La primera eIF-2α quinasa identificado y caracterizado se aisló de lisados ​​de reticulocitos y ha demostrado ser implicados en el control del ARNm de la globina traducción en respuesta a la deficiencia en el grupo hemo. Esta quinasa (discutido en detalle debajo) se denomina hem regulada serotonina (HRI). La proteína también se llamada hemo controlado represor (HCR) o el inhibidor de la hemo controlado (HCI). El gen que codifica HRI se identifica como EIF2AK1.

Infecciones virales que comprometen de doble cadena activa el virus de ARN expresión de los interferones, que a su vez activan la quinasa eIF-2α conocido como PKR (ARN-dependiente de la quinasa). PKR es codificada por el gen EIF2AK2 y los detalles de esta quinasa A continuación se describen en la sección de Control de Interferón de la Traducción.

Las proteínas que están destinados a las vesículas secretoras se traducen al mismo tiempo asociados con el retículo endoplásmico (RE) membranas. Durante la traducción de proteínas secretadas son transportados hacia la luz de la sala de urgencias en un estado desplegado. Correcto plegamiento se produce antes de la transferencia de la proteína al aparato de Golgi. Bajo ciertas condiciones, las respuestas de secreción de una célula puede exceder la capacidad de los procesos de plegamiento de la sala de emergencias. acumulación de proteínas desplegadas desencadena la respuesta de la proteína desplegada (siglas en Inglés: UPR) que es una forma del estrés RE. El UPR implica diferentes efectores proteína que permite a la célula responder de manera adecuada y mejorar el procesamiento, montaje y transporte de proteínas secretadas. Entre las proteínas activadas por la UPR es una eIF-2α quinasa llamada PERK que es una proteína quinasa transmembrana asociada con la RE. PERK es el ARN-dependiente proteína quinasa (PKR)-como ER kinase (quinasa). PERK, también conocido como PEK (eIF-2α páncreas quinasa), es codificada por el EIF2AK3 gen. El objetivo de PERK mediada por fosforilación de eIF-2α es reducir mundial la síntesis de proteínas celulares que permite el tiempo para corregir el deterioro proceso de plegamiento de proteínas. Además de la reducción de traducción global, la la activación de los resultados de PERK en la traducción preferente de una transcripción factor identificado como ATF4 (factor de transcripción activados 4). Las deficiencias en EIF2AK3 gen que codifica resultado PERK en la extremadamente rara enfermedad autosómica recesiva, conocida como Wolcott-Rallison síndrome (WRS). WRS se caracteriza por una disfunción en concreto tejidos secretores como el páncreas. El defecto en la secreción de insulina en el WRS resultados en una forma específica de la diabetes neonatal.

Privación nutricional, en particular, la deficiencia de aminoácidos, los resultados en el la activación de la cuarta eIF-2α quinasa conocida como GCN2. GCN2 es el mamífero homólogo de la general de control no derepressible-2 gen identificado por primera vez en levadura. GCN2 mamíferos es codificada por el gen EIF2AK4. Además de la privación nutricional, es GCN2 inducida por la irradiación UV, la inhibición de la función del proteosoma, y la infección por ciertos virus. Con respecto a la deficiencia de aminoácidos de la activación de GCN2 se produce a través de la unión de los ARNt sin carga en el dominio regulador de la enzima.

La evidencia muestra que las actividades de trabajo y PERK GCN2 de manera concertada manera de garantizar que durante los períodos de proteína de estrés prolongado mundial síntesis se inhibe. Bajo este tipo de condiciones PERK sirve una primaria mientras que la función inhibitoria GCN2 desempeña un papel secundario inhibitorio lo que permite la detención del ciclo celular en respuesta al estrés RE.

La proteína clave, cuya traducción se activa en respuesta al estrés mediada por fosforilación de eIF-2α es el factor de transcripción ATF4 (activación factor de transcripción 4, también conocida como CREB2: AMPc respuesta elemento vinculante proteínas 2). En respuesta al estrés ER los niveles de ARNm ATF4 no cambian, pero el nivel de la proteína aumenta considerablemente, lo que indica inducida traducción. El ARNm ATF4 contiene dos marcos de lectura abierta aguas arriba (siglas en Inglés: uORFs) identificado como uORF1 y uORF2. uORF1 codifica sólo tres aminoácidos, mientras que uORF2 codifica 59 aminoácidos y se superpone al primero 83 aminoácidos de la funcional ATF4 proteínas. Examen de la función de estos dos uORFs en traslación ATF4 control mediante in vitro ensayos demostraron que uORF1 sirve un resultado positivo papel en el control de la traducción que permite ribosomas para superar el papel inhibitorio de uORF2 en respuesta a eIF-2α fosforilación. En virtud de no destacó condiciones en las eIF-2α fosforilación es bajo los ribosomas rápido escaneo a uORF2 y traducción de una proteína no funcional por lo tanto reducir el nivel general de proteína ATF4 funcional. Sin embargo, en el estado hizo hincapié en que hay menos eIF-2-GTP lo que ralentiza iniciación de la traducción que permite que los ribosomas se han involucrado la limitada eIF-2-GTP para escanear el sitio correcto ATF iniciación de la traducción teniendo en cuenta el aumento de la proteína ATF4 funcional. La función de ATF4 es inducir la expresión de genes que permiten que la célula responda a la tensión condiciones tales como los factores de transcripción FOS, JUN y C / EBP (proteína de unión CAAT-box/enhancer). ATF4 traducción también activa una respuesta mecanismo de regulación para controlar el nivel de eIF-2α a través de la fosforilación aumento de la expresión del gen GADD34 (detención del crecimiento y daño en el ADN-inducible proteínas 34). GADD34 es un subunidad reguladora de la proteína fosfatasa-1 (PP-1) y cuando el gen es GADD34 activado por ATF4 hay un consiguiente aumento de la PP-1 mediada por fosfato la eliminación de eIF-2α debido al aumento de GADD34 proteínas.

Regreso al inicio

Elongación

El proceso de elongación, como el de iniciación, requiere de las proteínas específicas no ribosomales. En E. coli estas son EFs y eEFs. La elongación de los polipéptidos ocurre de una manera cíclica de tal manera que en un ciclo completo el extremo de adición del aminoácido, el sitio A estará vacío y listo para aceptar al aminoacil-tRNA entrante, dictado por el siguiente codon del mRNA. Esto significa que no sólo es necesario que el aminoácido entrante se una a la cadena del péptido, sino que el ribosoma debe moverse bajo el mRNA al siguiente codon. Cada aminoacil-tRNA entrante es traído al ribosoma por un complejo eEF-1α-GTP. Cuando el tRNA correcto es depositado en el sitio A, la GTP es hidrolizada y el complejo eEF-1α-GDP se disocia. Para que los eventos adicionales de desplazamiento ocurran el GDP debe ser intercambiado por GTP. Este es llevado por el eEF-1βγ de igual manera que en el intercambio de GTP que ocurre con el eIF-2 catalizado por el eIF-2B.

El péptido unido al ARNt en el sitio P se transfiere al grupo amino en la aminoacil-tRNA en el sitio formando un enlace peptídico nuevo. Esta reacción es catalizada por peptidiltransferasa actividad que reside en lo que se denomina el centro peptidiltransferasa (siglas en Inglés: PTC) de la subunidad ribosomal grande (60S subunidad). Este proceso enzimático se denomina transpeptidación. Esta actividad enzimática no está mediado por cualquier ribosómico las proteínas, sino que por el ARN ribosomal que figuran en el 60S subunidad. Este ARN actividad enzimática codificada se refiere como una ribozima.

El péptido elongado ahora reside en un tRNA en el sitio A. El sitio A necesita ser liberado para aceptar al aminoacil-tRNA siguiente. El proceso de movilización del peptidil-tRNA desde el sitio A al sitio P se llama, translocación. La translocación es catalizada por el eEF-2 unido a la hidrólisis de GTP. En el proceso de translocación el ribosoma se mueve a lo largo del mRNA de tal manera que el siguiente codon de mRNA reside debajo del sitio A. Luego de la translocación el eEF-2 es liberado del ribosoma. El ciclo puede entonces comenzar otra vez.

procesos de elongación de la traducción

Después del inicio, el proceso de traducción consiste en una serie continua de pasos de elongación. Cada etapa comprende el movimiento del ARNm a través del ribosoma de manera que el tRNA que lleva el alargamiento polipéptido reside dentro de un bolsillo de la 60S subunidad denominada P-sitio (por sitio péptido). El factor de elongación eEF-1α lleva cada aminoacil-tRNA entrante a la A-sitio (por sitio ácido amino) depedent sobre la correcta codón-anticodón interacciones. El péptido en el sitio P se transfiere a la de aminoácidos en el sitio A través de la acción de la actividad de ribozima conocida como peptidiltransferasa. Transferencia siguiente péptido del factor de elongación eEF-2 induce translocación del ribosoma a lo largo del ARNm de tal manera que el tRNA desnudo está temporalmente dentro de la E-sitio (por sitio de inyección) del 60S ribosoma y el tRNA-peptitidyl se mueve a la P-sitio dejando el A-sitio vacío y que reside en el siguiente codón del ARNm. El proceso continúa hasta que un codón de parada se encuentra.


Regreso al inicio

Terminación

Como la iniciación y la elongación, la terminación de la traducción requiere de proteínas de factores específicos identificados como factores de liberación, RFs en la E. coli y eRFs en los eucariotas. Hay 2 RFs en las E. coli y uno en los eucariotas. Las señales para la terminación son las mismas en los procariotas y en los eucariotas. Estas señales son codones de terminación presentes en el mRNA. Hay 3 codones de terminación, UAG, UAA y UGA.

procesos de terminación de la traducción

Pasos de terminación de la traducción. Terminación de la traducción se produce cuando un codón de parada se encuentra en el contexto de la A-sitio de la 60S subunidad. El FER factor de terminación, que se une GTP, se estimula la ribozima peptidyltransferase para transferir el péptido, a partir de la tRNA en el sitio P, a H2O, junto con la hidrólisis de GTP a GDP + Pi. El péptido se libera del ribosoma junto con los desnudos y complejo tRNA eRF-GDP. Los factores anti-sindical luego promover la disociación iof ribosomal dos subunidades y el proceso puede comenzar de nuevo.

En E. coli los codones de terminación UAA y UAG son reconocidos por el RF-1, mientras que el RF-2 reconoce los codones de terminación UAA y UGA. El eRF se une al sitio A del ribosoma conjuntamente con GTP. La unión de eRF al ribosoma estimula la actividad de la peptidiltransferasa para transferir el grupo peptidil al agua en vez de a un aminoacil-tRNA. El tRNA no cargado resultante deja el sitio P y es expelido con la hidrólisis concomitante de GTP. El ribosoma inactivo entonces libera su mRNA y el complejo 80S se disocia en las subunidades 40S y 60S que están listas para otro ciclo de traducción.

Regreso al inicio

Selenoproteínas

El selenio es un microelemento y se encuentra como un componente de varias enzimas procarióticas y eucarióticas que están implicadas en las reacciones redox. El selenio en estas selenoproteínas es incorporado como un aminoácido único, la selenocisteína, durante la traducción. Una selenoenzima eucariótica particularmente importante es la glutation peroxidasa. Esta enzima es requerida durante la oxidación de glutation por el peróxido de hidrógeno (H2O2) e hidroperóxidos orgánicos.

Estructura de selenocisteína

Estructura del residuo de selenocisteína

Incorporación de selenocisteína en las proteínas eucariotas ocurre cotranslationally en los codones UGA (normalmente codones de parada) a través de las interacciones de un número de proteínas especializadas y complejos de proteínas. Además, hay estructuras secundarias específicas en la región 3' no traducida las regiones de selenoprotein ARNm, denominados elementos SECIS, que son necesarios para la inserción selenocysteine en la proteína elongación. Uno de los complejos requeridos para esta modificación importante se compone de una selenocysteinyl tRNA [(Sec)-ARNt(Ser)Sec] y su factor de elongación específico identificado como selenoprotein traducción factor B (SelB). SelB también comúnmente se llama factor de elongación eucariótico, selenocisteína-ARNt-específica (EEFsec o EFsec). La proteína que está implicada en la interacción de la SECIS elemento con la (Sec)-ARNt(Ser)Sec si se conoce como proteína de unión SECIS, SBP2. Proteínas adicionales que intervienen en la vía de síntesis incluyen dos sintetasas selenophosphate y SPS1 y SPS2, proteína ribosomal L30, y dos factores que tienen Se ha demostrado que se unen (Sec)-ARNt(Ser)Sec identificado como antígeno hepático soluble / proteína en el hígado (SLA / LP) y SECp43.

La incorporación de selenocisteína durante la síntesis proteica

Selenocisteína la biosíntesis y la incorporación. Los primeros pasos implican la activación de la serina en la (Sec)-ARNt seguido por conversión enzimática a la generación de selenocisteína (Sec)-ARNt(Ser)Sec. A continuación, el (Sec)-ARNt(Ser)Sec está obligado por SelB y el complejo se incorpora en la maquinaria de traducción ayudada por SBP2 (no mostrado). La proteína alargamiento se transfiere a la selenocysteinyl-ARNt a través de la acción de peptidiltransferasa como para cualquier otro ácido amino entrante y el alargamiento normal continúa.

Regreso al inicio

Regulación de la Actividad de eIF-4E

Los niveles celulares de eIF-4E son los más bajos de todos los factores eucarióticos de iniciación lo que hace a este factor un blanco de primera para la regulación. De hecho, por lo menos 3 distintos mecanismos regulan el nivel y la actividad de eIF-4E. éstos incluyen la regulación del nivel de la trascripción del gen eIF-4E, la modificación post-traduccional por vía de la fosforilación e inhibición por interacción con las proteínas ligadoras.

Aunque los mecanismos exactos utilizados para incrementar la transcripción del gen eIF-4E no están bien entendidos, es conocido que la exposición de las células a factores de crecimiento así como la activación de las células T llevan a un incremento en la expresión de eIF-4E. Se cree que el protooncogen MYC juega un papel importante en la activación transcripcional de eIF-4E, debido a que 2 sitios de unión de MYC funcionales, han sido encontrados en la región promotora del gen eIF-4E. Una nota significativa es el descubrimiento que las células que expresan en forma estable el gen MYC tienen niveles incrementados de eIF-4E. Se ha demostrado que la elevación promiscua en los niveles de eIF-4E conduce a tumorogenesis colocando a este factor de traducción en la categoría de protooncogen.

Numerosos estímulos extracelulares (e.g. insulina, EGF, angiotensina II y gastrina) que ejercen parte de sus efectos a nivel de la traducción acentuada realizan su función afectando el estado de fosforilación de eIF-4E. Sin embargo, debe notarse que no todos los signos que conducen al incremento de la fosforilación de eIF-4E conducen a crecientes índices de traducción. Los cambios en la fosforilación de eIF-4E se correlacionan bien con la progresión durante el ciclo celular. En células sin estimulación (G0) la fosforilación de eIF-4E es baja, se incrementa durante la fase G1 y S y luego decrece otra vez en la fase M. La fosforilación de eIF-4E ocurre en un importante sitio que es la Ser209 (en las proteínas humanas y de ratón).

La vía primaria de traducción que conduce a la fosforilación de eIF-4E es la que implica el gen RAS. Muchos factores de crecimiento estimulan la activación de RAS en respuesta a la unión de sus receptores cognados. Posteriormente, la activación de RAS conduce a la fosforilación y activación de la cinasa que interactua con MAP-1 (Mnk1) que a su vez fosforila el eIF-4E. Aunque el efecto exacto de la fosforilación de eIF-4E no esta bien definido, podría ser necesario para aumentar la afinidad de eIF-4E por la estructura de cap del mRNA y por el eIF-4G.

El principal mecanismo utilizado en la regulación de la actividad de eIF-4E es a través de su interacción con una familia de proteínas ligadoras/represoras llamadas 4E-BPs (proteínas ligadoras 4E) que están extensamente distribuidas en numerosos organismos vertebrados e invertebrados. En las células mamíferas se han encontrado 3 4E-BPs relacionados, donde 4E-BP1 y 4E-BP2 también se identifican como PHAS-I y PHAS-II (PHAS se refiere a las propiedades de estabilidad de (h) temperatura y acidez).

La unión de 4E-BPs a eIF-4E no altera la afinidad de eIF-4E por la estructura de cap sino que previene la interacción de eIF-4E con eIF-4G que a su vez suprime la formación del complejo eIF-4F (véase la tabla de Factores de Iniciación arriba). La capacidad de 4E-BPs de interactuar con eIF-4E se controla por vía de fosforilación de los residuos específicos Ser y Thr en 4E-BP. Cuando el 4E-BPs está hipofosforilado se une con alta eficiencia a eIF-4E pero pierde su capacidad de enlace cuando es fosforilada. Numerosos efectores de crecimiento y de estimulación de señales de traducción llevan a la fosforilación de 4E-BPs en la misma forma como estas respuestas pueden llevar a la fosforilación de eIF-4E.

Hay varias vías de señales de traducción cuyas activaciones conducen a la fosforilación de 4E-BPs. éstas incluyen las vías que conducen a la activación de la fosfatidilinositol 3-cinasa (PI3K), la Akt cinasa Ser/Thr también se llama protein cinasa B, PKB (Akt fue identificada originalmente como un oncogen codificado viralmente) y la proteína asociada a FKBP12-rapamicina es un blanco de la familia de las proteínas de rapamicina (FRAP/mTOR). Las proteínas mamíferas TOR son homólogas de las proteínas TOR de las levaduras que fueron identificadas en un estudio para levaduras mutantes resistentes a rapamicina. La rapamicina recibe su nombre de la hecho de que el compuesto se aisló de la bacteria Streptomyces hygroscopicus descubierto en la Isla de Pascua (Rapa Nui). mTOR es una quinasa cuya acciones catalíticas dominio homología significativa con lípidos quinasas de la familia de PI3K.

mTOR es en realidad un componente de dos distintas complejos multiproteicos denominado mTORC1 y mTORC2 (mTOR complejo 1 y mTOR complejo 2). La actividad de mTORC1 es sensible a la inhibición por la rapamicina por mientras mTORC2 no lo es. En el contexto de la actividad de la mTOR, mTORC1 es la central complejo, ya que es responsable de la integración de una serie diversa de la señal cascadas de transducción iniciadas por los cambios en el comercio intra y extracelular eventos. La activación y / o regulación de mTORC1 está implicado en el control de la proliferación celular, la supervivencia, el metabolismo y el estrés respuestas. Estos eventos pueden ser desencadenada por la disponibilidad de nutrientes, glucosa, oxígeno, y numerosos diferente tipos de activación de los receptores de la superficie celular, cada uno de los cuales finalmente inciden sobre la actividad de mTORC1. Los componentes de los mamíferos mTORC1 incluyen mTOR, Raptor (proteína reguladora asociada de la TOR), Deptor (DEP dominio que contiene la mTOR-que interactúan las proteínas), mLST8 (homólogo mamífero de la levadura LST8), y PRAS40 (rico en prolina Akt / PKB sustrato de 40kDa). Deptor y PRAS40 son inhibidores de la actividad de mTOR en el complejo. PRAS40 es un ave rapaz de unión proteína que está directamente fosforilada por la mTOR, lo que impide PRAS40 inhibición de mTOR.

Los componentes de mTORC2 mamíferos incluyen mTOR, Deptor, mLST8, SIN1, Poctor (proteína observada con Rictor, también conocida como PRR5L para rico en prolina 5-proteína similar), y Rictor (rapamicina insensible compañero de mTOR). mTORC2 está implicado en el control de la actividad de quinasa de suero- y glucocorticoides-inducida (SGK). La activación completa de Akt/PKB requiere la participación de mTORC2.

Uno de los principales efectos de la insulina se incrementa la síntesis de proteínas y este efecto se produce, en parte, a través activación de la función de mTOR. Para obtener más información sobre la regulación de la síntesis de proteínas por la insulina ver la página de Función de la Insulina.

mTOR mediada por la regulación de la traducción

Objetivos para la regulación de mTOR traslacional iniciación y de elongación. AMPK: AMP-quinasa activada. TSC1 y TSC2: la esclerosis tuberosa supresores de tumor 1 (hamartin) y 2 (tuberin); Rheb: RAS homólogo enriquecido en el cerebro; PKB/Akt: la proteína quinasa B; 4EBP1: eIF-4E proteína de unión; p70S6K: 70kDa ribosomal proteína quinasa S6, también llamado S6K; eEF2K: eucariotas factor de elongación-2 cinasa.

La regulación de actividad de mTOR es realizada a través de varios mecanismos. La activación de AMPK tiene como resultado fosforilación y activación del complejo TSC1/TSC2 que tiene como resultado inhibición de mTOR. AMPK puede también fosforizar e inhibe mTOR. Opuestamente, la activación de PKB (como en el caso de activación de receptor de insulina) lleva a activación de mTOR o por inhibición del complejo TSC1/TSC2 o por fosforilación y activación de mTOR directamente. La activación de mTOR lleva a fosforilación de p70S6K y 4EBP1. El efecto neto de fosforilación de 4EBP1 es que es soltado de eIF 4E que permite eIF 4E para atar activamente eIF 4G y reconocer la estructura de tapa de mRNAs. Fosforila p70S6K activado e inhibe eEF2K. Si eEF2K hace no fosforizar eEF2 entonces alargamiento de traducción continúa desinhibido.

Regreso al inicio

Control de Hem en la Traducción

Como se mencionó anteriormente, la regulación de la iniciación en eucariotas se lleva a cabo por la fosforilación de la α-subunidad de eIF-2. En los glóbulos rojos hay una necesidad de restringir la traducción de la globina ARNm si hay niveles insuficientes de hemo para generar hemoglobina funcional. Por lo tanto, cuando los niveles de hemo son bajos una quinasa eIF-2α está activo para limitar la traducción inicio hasta que se heme adecuado para generar hemoblobin funcional. La regulación de eIF-2α quinasa en este sistema se llama hemo regulados inhibidor (siglas en Inglés: HRI). HRI es también conocido como el inhibidor de la hemo controlado (siglas en Inglés: HCI) o heme controlado represor (siglas en Inglés: HCR). El gen que codifica HRI se identifica como EIF2AK1. Cuando los niveles de hemo aumento de los glóbulos rojos eIF-2α está protegido de la fosforilación de una proteína de 67kDa específica que asocia con la γ-subunidad de eIF-2. La eliminación de los fosfatos de eIF-2α es catalizada por una específica eIF-2 fosfatasa que no se ve afectada por el hem. La presencia de HRI fue visto por primera vez en in vitro sistema de traducción derivados de lisados ​​de reticulocitos. Otros factores estresantes que incluyen el choque térmico y el resultado de estrés oxidativo en la activación de HRI en números rojos las células sanguíneas.

La expresión del gen EIF2AK1 también es importante en los tejidos hepáticos. En agudo hemo-deficiente estados en el hígado HRI se activa dando lugar a reducciones en insuficiencia hepática mundial de traslación. Activadores adicionales de insuficiencia hepática HRI son inductores de las enzimas del citocromo P450, tales como los xenobióticos. Una clase importante de metabolismo xenobiótico enzimas, cuya traducción está regulada por HRI son la familia CYP2B. el CYP2B familia incluye el fenobarbital-inducible las enzimas del citocromo P450. La activación del HRI en hepatocitos normalmente protegen las células, asegurando la energía celular adecuada y deficiencia de nutrientes durante la hemo aguda. Sin embargo, en individuos genéticamente predispuestos, como los que con cualquiera de los diversos porfirias, la activación del HRI podría llevar a un paro mundial de traslación de las enzimas y proteínas fisiológicamente importantes. Esto podría desempeñar un papel significativo en los síntomas clínicos graves y mortales a menudo de las porfirias hepáticas agudas.

Hemo-mediada de control de la traducción

La regulación de la traducción por el inhibidor controlado hem (HCI). El control de la traducción por el hem es clínicamente importante solo en los eritrocitos. Los eritrocitos son anucleados y contienen una globina primaria de mRNA. Cuando el nivel de hem (requerido para la síntesis de la hemoglobina biológicamente activa) es bajo este es ineficiente para los eritrocitos para sintetizar la globina. Mientras que cae el nivel del hem la actividad del HCI aumenta. El HCI es una cinasa que fosforila el eIF-2. Cuando es fosforilado, el eIF-2 todavía hidroliza el GTP ligado a GDP y todavía interactúa con eIF-2B (GEF). Sin embargo, el índice de intercambio transmitido por eIF-2B reduce el GTP grandemente. Esto hace a eIF-2 incapaz de ser utilizado para formar un nuevo complejo ternario de iniciación y reduce la iniciación de la traducción. Cuando se eleva nuevamente el nivel de hem la actividad de HCI se reduce y la iniciación de la traducción se activa de nuevo.

Regreso al inicio

Control del Interferón en la Traducción

La regulación de la traducción puede también ser inducida en las células infectadas viralmente. No sería de benefici para una célula infectada viralmente apagar la síntesis de proteínas para prevenir su replicación. Esto se logra por la inducción de la síntesis de interferones (IFs). Hay 3 clases de IFs. El leucocito o α-IFs, el fibroblasto o β-IFs y el linfocito o γ-IFs. Los IFs son inducidos por dsRNAs y ellos mismos inducen a una cinasa especifica llamada proteincinasa dependiente de ARN (siglas en Inglés: PKR) que fosforila eIF-2 de tal manera que apaga la traducción de una manera similar a la del control del hem de la traducción. Además, los IFs inducen la síntesis de 2'-5'–oligoadenilato, pppA (2'p5'A)n, que activa una ribonucleasa preexistente, la RNasa L. La RNasa L degrada todas las clases de mRNAs de tal manera que apaga la traducción.

Regreso al inicio

Control del Hierro en la Traducción

La regulación de la traducción de ciertos mRNAs ocurre con la acción de proteínas específicas ligadoras del ARN. Se han identificado proteínas de esta clase que se unen a secuencias en las regiones 5' no-traducidas (5'- UTR) o 3'-UTR. Dos esquemas reguladores particularmente interesantes e importantes relacionados con el metabolismo del hierro abarcan las proteínas ligadoras del RNA que unen los 5'-UTR de un mRNA o los 3'-UTR de otro.

El receptor de transferrina es una proteína situada en la membrana plasmática que se une a la proteína transferrina. La transferrina es la principal proteína de transporte de hierro en el plasma. Cuando los niveles del hierro son bajos el índice de mRNA de la síntesis del receptor de transferrina aumenta de modo que las células puedan tomar más hierro. Esta regulación ocurre con la acción de una proteína ligadora a los elementos de respuesta del hierro (IRBP) que se une a los elementos específicos de respuesta de hierro (IREs) en los 3'-UTR del mRNA del receptor de transferrína. Estos IREs forman las estructuras de lazo de horquilla que son reconocidos por el IRBP. Este IRBP es una forma deficiente de hierro de la aconitasa, la enzima que requiere hierro del Ciclo de TCA. Cuando los niveles del hierro son bajos, el IRBP está libre de hierro y puede por lo tanto, interactuar con los IREs en los 3'-UTR del mRNA del receptor de transferrina. El mRNA del receptor de transferrina unido al IRBP estabilizado de la degradación. Inversamente, cuando los niveles de hierro son altos, el IRBP se une al hierro entonces no puede interactuar con los IREs en el mRNA del receptor de transferrina. El efecto es un incremento en la degradación del mRNA del receptor de transferrina.

Un fenómeno relacionado, pero contrario, controla la traducción del mRNA de la ferritina. La ferritina es una proteína ligadora del hierro que previene niveles tóxicos del hierro ionizado (FE2+) para que se incrementen en las células. El mRNA de ferritina tiene un IRE en su 5'-UTR. Como con la historia del receptor de transferrina, cuando los niveles del hierro son altos, el IRBP no se puede unir al IRE en los 5'-UTR del mRNA de ferritina. Esto permite que el mRNA de ferritina sea traducido. Inversamente, cuando los niveles de hierro son bajos, el IRBP se une al IRE en el mRNA de ferritina previniendo su traducción.

Hierro mediada por la regulación de ferritina y transferrina del receptor de ARNm

La regulación de la traducción de la ferritina y transferrina ARNm del receptor por el hierro. Ambos ARNm contienen tallo-bucle estructuras formar un elemento de respuesta de hierro (IRE) que se une el hierro-respuesta elemento proteína de unión (IRBP). En el caso de mRNA de ferritina este IRBP vástago-bucle está en el 5'–no traducida región, mientras que en el ARNm del receptor de la transferrina es en el 3'–no traducida región. Cuando los niveles de hierro son bajos, IRBP interactúa con el IRE y ejerce los controles discutidos. Sin embargo, cuando los niveles de hierro son bajos el exceso de hierro está obligado por la IRBP lo que provoca que se libere a partir del ARNm y el efectos opuestos sobre la translationare ejercida.

Regreso al inicio

Inhibidores de la Síntesis de Proteínas

Muchos de los antibióticos utilizados para el tratamiento de infecciones bacterianas, así como, ciertas toxinas funcionan con la inhibición de la traducción. La inhibición puede ser efectuada en todas las etapas de la traducción desde la iniciación a la elongación a la terminación.

Varios inhibidores de antibióticos y toxinas en la traducción

Inhibidor Comentarios
Cloranfenicol Inhibe la petidil transferasa procariótica

Estructura de cloranfenicol

Estreptomicina Inhibe la iniciación de la cadena peptídico procariótica, también induce a la lectura errónea de mRNA
Tetraciclina Inhibe la unión del aminoacil-tRNA procariótico a la subunidad pequeña del ribosoma

Estructura de tetraciclina

Neomicina similar en actividad a la estreptomicina
Eritromicina inhibe la translocación en procariotes a través de la subunidad grande del ribosom
Ácido Fusidico similar a eritromicina solamente evitando que EFG se disocie de la subunidad grande
Puromicina se asemeja a un aminoacil-tRNA, interfiere con la transferencia peptídica dando como resultado la terminación prematura en procariotas y eucariotas
Toxina de diphtheria cataliza la ribosilación-ADP de y la inactivación de eEF-2, el eEF-2 contiene un residuo His modificado conocido como diphthamide, es este residuo el que es el blanco de la toxina de diphtheria

Residuo de diphthamide ADP-ribosilada

Residuo de diphthamide ADP-ribosilada

Ricina encontrado en habas de ricino, cataliza la ruptura de la subunidad grande de rRNA de los eucariotas
Cicloheximida inhibe la peptidiltransferasa eucariótica

Estructura de cicloheximida


Regreso al inicio
Volver a la Página Índice Español
Michael W King PhD | © 1996–2016 themedicalbiochemistrypage.org, LLC | info @ themedicalbiochemistrypage.org

Última modificación: 15 de junio de 2016