Perspectivas Históricas
El código Genético
Caracterización de los tRNAs
Activación de los Aminoácidos
La Hipótesis de Bamboleo
Orden de los eventos
Iniciador de los tRNAs e Iniciación de los Codones
Factores de la Iniciación
Actividades de eIF-3
Pasos Específicos en la Iniciación
El Ciclo de eIF-2
Elongación
Terminación
Incorporación del Selenio
Regulación de la Actividad de eIF-4E
Regulación de la Traducción por el Hem, Control de la Actividad de eIF-2
Regulación de la Traducción por los Interferones
Regulación de la Traducción por el Hierro
Regulación de la Traducción por los Antibióticos
Regreso a la Página de Bioquímica Médica
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 inicioPerspectivas 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 inicioEl 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.
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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.
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. GU. 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.
 |
 |
Dihidrouridina (D) |
Pseudouridina (Ψ) |
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 inicioActivación 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 es liberado no hay otra manera de corregir si un tRNA dado es unido a su tRNA correspondiente. 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 inicioLa Hipótesis de Bamboleo
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 bamboleo.
Diagrama que demuestra los varios nucleótidos modificados de tRNAs que se encuentran en la posición de bamboleo en el anticodon. La mitad superior muestra los nucleótidos de bamboleo 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 bamboleo del codon en azul y los nucleótidos asociados de bamboleo 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 inicioOrden 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 inicioIniciación
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-Delgarno en el mRNA. El elemento Shine-Delgarno es reconocido por las secuencias complementarias en la subunidad menor de rRNA (16S en E. coli). 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 mRNAs.
El elemento Shine-Delgarno 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.
Regreso al inicioFactores 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 |
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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 |
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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.
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 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 (GEF).
Regreso al inicioElongación
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 tRNA en el sitio P es transferido al grupo amino en el aminoacil-tRNA en el sitio A. Esta reacción es catalizada por la peptidiltransferasa. Este proceso es llamado transpeptidación. 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.
Regreso al inicioTerminación
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.
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 inicioSelenoproteínas
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 del residuo de selenocisteína
La incorporación de la selenocisteína por la maquinaria de traducción ocurre por una interesante vía y un único mecanismo. El tRNA para selenocisteína es cargado con serina y después selenizado enzimáticamente para producir selenocisteinil-tRNA. El anticodon de la selenocisteinil-tRNA actúa recíprocamente con un codon de parada en el mRNA (UGA) en vez de un codon de serina. La selenocisteinil-tRNA tiene una estructura única que no es reconocida por la maquinaria de terminación y es atraída dentro del ribosoma por un factor específico dedicado de elongación. Un elemento en la el mRNA de la región 3í de no traducción (UTR) de las selenoproteínas determina si UGA es leído como un codon de parada o como un codon de selenocisteína.
Regreso al inicioRegulación 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 es un inmunosupresor usado sobre todo en la prevención del rechazo de tejidos luego del trasplante de órganos. La rapamicina funciona dentro de las células uniendo la proteína 12 (FKBP12) uniendo la proteína de unión immunofilina FK506. Las immunofilinas son proteínas intracelulares que se unen a las drogas inmunosupresoras tales como FK506 y rapamicina. El efecto de la fosforilación de 4E-BPs es que estas son liberadas del eIF-4E permitiendo que eIF-4E se una activamente al eIF-4G.
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 inicioControl de Hem en la Traducción
La regulación de la iniciación en las eucariotas se efectúa por la fosforilación de un residuo SER(S) en la subunidad α de eIF-2. El eIF-2 fosforilado en ausencia de eIF-2B es tan activo como iniciador como el eIF-2 no fosforilado. Sin embargo, cuando el eIF-2 esta fosforilado el complejo ligado a GDP es estabilizado y el intercambio por GTP es inhibido. El intercambio de GDP por GTP es mediado por el eIF-2B (también llamado factor de intercambio del nucleótido guanina, GEF). Cuando el eIF-2 es fosforilado se une al eIF-2B más firmemente de manera que disminuye el rango de intercambio. Es este intercambio inhibido el que afecta el índice de la iniciación.
La fosforilación de eIF-2 es el resultado de una actividad llamada inhibición controlada por hem (HCI) que funciona como se diagrama abajo. La HCI es generada en ausencia de hem, un producto mitocondrial. La remoción del fosfato es catalizada por una elF-2 fosfatasa específica que no se afecta por el hem. La presencia de HCI fue observada por primera ocasión en el sistema derivado de la traducción in vitro a partir de los lisatos de los reticulocitos. Los reticulocitos sintetizan casi exclusivamente la hemoglobina en un rango extremadamente alto. En un reticulocito intacto el eIF-2 es protegido de la fosforilación por una proteína específica de 67 kDa.
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 inicioControl 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 RNA (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 inicioControl del Hierro en la Traducción
La regulación de la traducción de ciertos mRNAs ocurre con la acción de proteínas específicas ligadoras del RNA. 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.
Regreso al inicioInhibidores 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
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| 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
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| 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 Difteria |
cataliza la
ribosilación-ADP de y la inactivación de eEF-2, el eEF-2 contiene un residuo
His modificado conocido como diftamida, es este residuo el que es el
blanco de la toxina de difteria
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| Ricina | encontrado en habas de ricino, cataliza la ruptura de la subunidad grande de rRNA de los eucariotas |
| Cicloheximida |
inhibe la peptidiltransferasa eucariótica
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Michael W. King, Ph.D / IU School of Medicine / miking at iupui.edu