Tradución (proteínas)

En biolox�a a traduci�n � a s�ntese de prote�nas nos ribosomas a partir da informaci�n contida nun ARNm, o cal � unha copia realizada por transcrici�n dun xene do ADN. Por tanto, a traduci�n � o segundo proceso da expresi�n x�nica despois da transcrici�n. A traduci�n s� se pode producir nos ribosomas do citoplasma da c�lula, que est�n formados por d�as subunidades, que rodean o ARNm que se vai traducir.^[1] Na traduci�n, o ARN mensaxeiro descodif�case para producir un polip�ptido espec�fico de acordo coas correspondencias do c�digo xen�tico, que asocian cada cod�n (triplete de nucle�tidos) do ARNm cun determinado amino�cido. Deste modo trad�cese a "linguaxe" de nucle�tidos do ARN � "linguaxe" de amino�cidos das prote�nas. A traduci�n comeza no cod�n de inicio AUG e acaba nun cod�n de parada (UGA, UAA, UAG). No proceso da traduci�n distinguimos catro fases: activaci�n, iniciaci�n, elongaci�n e terminaci�n.^[2] ^[3]

A enerx�a requirida para traducir prote�nas � considerable. Para unha prote�na que conte�a n amino�cidos, o n�mero de enlaces fosfato de alta enerx�a necesarios para traducila � 4n-1.

Mecanismos b�sicos

Activaci�n

Artigos principais: ribosoma, ARNt e aminoacil ARNt sintetase.

O lugar da s�ntese proteica � o ribosoma. A el deben chegar os amino�cidos necesarios para a formaci�n da prote�na. Os amino�cidos son tra�dos ao ribosoma por ARNt espec�ficos. Os ARNt e os amino�cidos est�n no citoplasma libres, pero unhas prote�nas chamadas aminoacil ARNt sintetases reco�ecen determinados amino�cidos e determinados ARNt e catalizan o enlace entre ambos, orixinando un aminoacil-ARNt. Esta formaci�n dos aminoacil-ARNt non pertence tecnicamente � traduci�n, pero � un paso previo imprescindible chamado activaci�n.

Os ARNt levan nun dos seus brazos unha secuencia de tres nucle�tidos chamada anticod�n, que � complementaria en bases con alg�n cod�n do c�digo xen�tico. O anticod�n do ARNt establece pontes de hidr�xeno co cod�n do ARNm exposto no ribosoma nese momento. Hai moitos ARNt con anticod�ns espec�ficos e o reco�ecemento cod�n-anticod�n � fundamental na s�ntese de prote�nas, xa que � o que asegura que se introduza na secuencia polipept�dica en crecemento o amino�cido axeitado, indicado polos cod�ns do ARNm.

Traduci�n en procariotas

Iniciaci�n

A iniciaci�n da traduci�n en procariotas sup�n ensamblar os compo�entes do sistema de traduci�n, que son: as d�as subunidades do ribosoma, o ARNm que se vai traducir, o primeiro aminoacil-ARNt (o ARNt cargado co primeiro amino�cido), GTP (como fonte de enerx�a) e factores de iniciaci�n proteicos que axudan a ensamblar o sistema de iniciaci�n. Unha vez ensambladas as d�as subunidades do ribosoma e situado o ARNm, �nese o primeiro aminoacil-ARNt (que � leva a N-formilmetionina ou fmet-ARNt) co cod�n de iniciaci�n por medio dun emparellamento de bases por pontes de hidr�xeno entre o cod�n do ARNm e o anticod�n do ARNt, xa que cod�n e anticod�n son complementarios en bases.^[4]

O ribosoma cont�n tres sitios de uni�n de mol�culas: sitio A, sitio P e sitio E. O sitio A � o lugar de entrada dos aminoacil-ARNt (excepto para o primeiro que inicia a s�ntese, o fmet-ARNt, que entra no sitio P). O sitio P � onde se forma o peptidil-ARNt (a cadea pept�dica en crecemento). E o sitio E � o lugar de sa�da dos ARNt baleiros da s�a carga (que xa deixaron o amino�cido que levaban na cadea polipept�dica en formaci�n).

A iniciaci�n da traduci�n en procariotas comeza coas subunidades 50S e 30S do ribosoma disociadas. O IF-1 (factor de iniciaci�n 1) bloquea o sitio A para asegurar que o fMet-ARNt s� se poida unir ao sitio P e que ning�n outro aminoacil-ARNt se poida unir ao sitio A durante a iniciaci�n, mentres que o IF-3 bloquea o sitio E e evita que as d�as subunidades se asocien. O IF-2 � unha GTPase pequena que se asocia co fmet-ARNt e lle axuda a unirse coa subunidade ribos�mica pequena. O ARNr 16S da subunidade ribos�mica menor reco�ece a secuencia de uni�n ao ribosoma que ten no extremo 5' o ARNm (a secuencia Shine-Dalgarno, situada na zona 5' UTR uns 5-10 pares de bases por diante do cod�n de iniciaci�n (AUG); a secuencia Shine-Dalgarno s� se encontra en procariotas). Isto axuda a posicionar correctamente o ribosoma sobre o ARNm para que o sitio P quede directamente sobre o cod�n de iniciaci�n AUG. O IF-3 axuda a colocar o fmet-ARNt no sitio P, de maneira que o fmet-ARNt interacciona por medio de emparellamento de bases co cod�n de iniciaci�n do ARNm (AUG). A iniciaci�n remata cando a subunidade ribos�mica maior se une ao conxunto provocando a liberaci�n dos factores de iniciaci�n. Os procariotas poden distinguir entre un cod�n de iniciaci�n AUG, que codifica a N-formilmetionina, e un cod�n AUG normal do interior do ARNm, que codifica metionina.

Elongaci�n

Unha vez situado o primeiro amino�cido da prote�na, a N-formilmetionina, hai que enlazar a el os seguintes. A elongaci�n da cadea polipept�dica consiste na adici�n de amino�cidos ao extremo carboxilo ou C-terminal da cadea. A traduci�n sempre empeza polo extremo 5' do ARNm e polo extremo N-terminal da prote�na (da N-formilmetionina), polo que os seguintes amino�cidos eng�dense ao outro extremo, o C-terminal. O c�digo xen�tico determina as correspondencias entre os cod�ns de ARNm e os amino�cidos. Hai unha correspondencia por complementariedade de bases entre os cod�ns de ARNm e os anticod�ns do ARNt. Xeralmente a descodificaci�n � fiel, pero nalg�ns casos pode haber discordancias, especialmente en certas contornas celulares.^[5]

A elongaci�n comeza despois de que o fmet-ARNt entra no sitio P, causando un cambio de conformaci�n que abre o sitio A para que o novo aminoacil-ARNt se una. O factor de elongaci�n Tu (EF-Tu), unha pequena GTPase, facilita esta uni�n. Agora o sitio P cont�n o comezo da cadea pept�dica da prote�na a codificar (polo momento s� cun amino�cido) e o sitio A ten o ARNt co seguinte amino�cido que debe engadirse � cadea pept�dica.
O primeiro amino�cido unido ao ARNt no sitio P desl�gase do seu ARNt e seguidamente f�rmase un enlace pept�dico entre el e o novo amino�cido unido a ARNt que acaba de entrar no sitio A. Este proceso, co�ecido como formaci�n do enlace pept�dico, est� catalizado polo propio ARNr 23S da subunidade maior do ribosoma, que act�a como un ribozima, realizando unha actividade de peptidil transferase. Neste punto no sitio A formouse un dip�ptido, mentres que o sitio P ten un ARNt descargado (ARNt sen amino�cido).
Na fase seguinte da elongaci�n, a traslaci�n, o ribosoma m�vese 3 nucle�tidos (un cod�n) cara ao extremo 3' do ARNm (en direcci�n 5'-3') expo�endo o seguinte cod�n.^[6] Todo este proceso vaise volver a repetir moitas veces m�is ata completar a prote�na: entra un novo aminoacil-ARNt no sitio A, todo o p�ptido en crecemento que estaba formado e unido ao ARNt no sitio P �nese ao novo amino�cido que acaba de entrar, polo que o p�ptido crece nun amino�cido, o ARNm despr�zase outro cod�n, o ARNt co p�ptido pasa ao sitio P, e o ARNt descargado pasa ao sitio E de sa�da. Este proceso de desprazamento est� catalizado polo factor de elongaci�n G (EF-G) gastando un GTP.
O ribosoma contin�a desprazando os cod�ns sucesivos do ARNm polos sitios do ribosoma, sempre empezando polo extremo 5' do ARNm e acabando polo 3', e mentres seguen un�ndose sucesivos aminoacil-ARNt ao sitio A, ata que o ribosoma chega a un cod�n de parada no ARNm (UAA, UGA ou UAG).

Terminaci�n

A terminaci�n prod�cese cando un dos tres cod�ns de terminaci�n entra no sitio A. Estes cod�ns non son reco�ecidos por ning�n ARNt, pero si son reco�ecidos por unhas prote�nas chamadas factores de liberaci�n, que son o RF-1 (que reco�ece os cod�ns de parada UAA e UAG) ou o RF-2 (que reco�ece o UAA e UGA). Un terceiro factor de liberaci�n, o RF3, cataliza a liberaci�n producida polo RF-1 e o RF-2 ao final do proceso de terminaci�n. Estes factores desencadean a hidr�lise do enlace �ster do peptidil-ARNt entre o p�ptido e o ARNt, e a liberaci�n da prote�na acabada de sintetizar do ribosoma. Deste modo ten lugar o fin da s�ntese.

Reciclaxe

O sistema de post-terminaci�n formado ao final da terminaci�n consta do ARNm co cod�n de terminaci�n no sitio A, os ARNt e o ribosoma. A fase de reciclaxe do ribosoma � responsable do desmantelamento do sistema ribos�mico posterior � terminaci�n. Unha vez que a prote�na sintetizada � liberada durante a terminaci�n, o factor de reciclaxe do ribosoma e o factor de elongaci�n G (EF-G) p��ense en funcionamento para liberar o ARNm e os ARNt dos ribosomas e desligar os ribosomas completos 70S nas subunidades 30S e 50S. O IF-3 tam�n axuda ao proceso de reciclaxe do ribosoma convertendo as subunidades transitorias desensambladas en subunidades estables, enlaz�ndose coas subunidades de 30S. Isto "recicla" os ribosomas para posteriores roldas de traduci�n.

Polisomas

A traduci�n exec�tase tipicamente por varios ribosomas � vez. Debido ao grande tama�o dos ribosomas, s� se poden acoplar ao ARNm a unha distancia de 35 nucle�tidos uns doutros. Este sistema consistente nun ARNm e un certo n�mero de ribosomas ch�mase polisoma ou polirribosoma.

Efecto dos antibi�ticos

Hai varios antibi�ticos que act�an interferindo no proceso de traduci�n bacteriano. Estes antibi�ticos inhiben selectivamente a s�ntese de prote�nas nas bacterias sen afectaren ao h�spede eucari�tico aproveitando as diferenzas na traduci�n entre eles. Alg�ns exemplos son:

A puromicina ten unha estrutura similar ao aminoacil-ARNt da tirosina. Por tanto, enl�zase ao sitio A do ribosoma e participa na formaci�n de enlaces pept�dicos, producindo peptidil-puromicina. Por�n, non toma parte na traslaci�n e desl�gase rapidamente do ribosoma, causando unha terminaci�n prematura da s�ntese do polip�ptido.
A estreptomicina provoca unha mala lectura do c�digo xen�tico nas bacterias a concentraci�ns relativamente baixas e inhibe a iniciaci�n a concentraci�ns maiores, enlaz�ndose � subunidade ribos�mica de 30S.
Outros aminoglic�sidos como a tobramicina e a kanamicina evitan a asociaci�n ribos�mica ao final da fase de iniciaci�n e provocan unha mala lectura do c�digo gen�tico.
As tetraciclinas bloquean o sitio A do ribosoma, evitando a uni�n dos aminoacil-ARNt.
O cloranfenicol bloquea a fase da transferencia pept�dica da elongaci�n na subunidade ribos�mica de 50S, tanto nas bacterias coma nas mitocondrias.
Os macr�lidos e as lincosamidas enl�zanse �s subunidades ribos�micas de 50S, inhibindo a actividade de peptidil transferase ou a traslocaci�n ou ambas as cousas.

Traduci�n en eucariotas

� moi similar � procari�tica. As principais diferenzas est�n na iniciaci�n. Ademais, a velocidade da traduci�n � significativamente maior en procariotas (ata 17-21 residuos de amino�cidos por segundo) que en c�lulas eucariotas (ata 6-9 residuos de amino�cidos por segundo).^[7]

Iniciaci�n dependente da carapucha 5'

A iniciaci�n da traduci�n sup�n a interacci�n de varias prote�nas cunha marca especial situada no extremo 5' das mol�culas de ARNm. Os factores prote�nicos as�cianse � subunidade ribos�mica menor. A subunidade, xunto con alg�ns deses factores prote�nicos, m�vese ao longo da cadea de ARNm cara ao seu extremo 3' buscando o cod�n de inicio (normalmente o AUG), que indica en que punto se empeza a codificar a prote�na (comezo do marco aberto de lectura). Logo o ribosoma traduce a secuencia que hai entre os cod�ns de comezo e parada nunha secuencia de amino�cidos, sintetiz�ndose unha prote�na. Nos eucariotas e nas archaea, o amino�cido codificado polo cod�n de inicio � a metionina (nas bacterias era a N-formilmetionina). Todas as prote�nas comezan, pois, por metionina, pero unha protease pode eliminar esa prote�na despois de rematada a s�ntese proteica.

Iniciaci�n independente da carapucha 5'

O exemplo mellor estudado de traduci�n independente da carapucha 5' en eucariotas � o IRES (Sitio de Entrada ao Ribosoma Interno). O que a distingue da traduci�n dependente da carapucha � que a independente non precisa que o ribosoma empece a percorrer o ARNm desde o extremo 5' ata o cod�n de inicio. Os ITAF (IRES trans-acting factors) poden colocar ao ribosoma no sitio de inicio, evitando a necesidade de percorrer o ARNm desde o extremo 5' da rexi�n 5' UTR do ARNm. Este m�todo de traduci�n foi descuberto recentemente, e ten grande importancia en condici�ns que requiren a traduci�n de ARNm espec�ficos a pesar do estr�s celular ou a incapacidade de traducir a maior�a dos ARNm. Exemplos son os factores que responden � apoptose.

Notas

↑ Lodish, H.; Berk, A.; Matsudaira, P.; Kaiser, C. A.; Krieger, M.; Scott, M. P.; Zipursky, L.; Darnell, J.. Molecular Cell Biology. 5. ed. New York: W. H. Freeman, 2003. 973 p. ISBN 978-0-7167-4366-8
↑ Neill, Campbell (1996). Biology; Fourth edition. The Benjamin/Cummings Publishing Company. p. 309,310. ISBN 0-8053-1940-9.
↑ Stryer, Lubert (2002). Biochemistry; Fifth edition. W. H. Freeman and Company. p. 826. ISBN 0-7167-4684-0.
↑ James D. Watson u. a.: Molecular Biology of the Gene. 5. Auflage. Pearson/Cummings, San Francisco CA 2004, ISBN 0-8053-4635-X, S. 435.
↑ Moghal, A., Mohler, K., and Ibba, M. (September 2014). "Mistranslation of the genetic code.". FEBS Letters 588: 4305–10. doi:10.1016/j.febslet.2014.08.035. PMID 25220850.
↑ Griffiths, Anthony (2008). "9". Introduction to Genetic Analysis (9th ed.). New York: W.H. Freeman and Company. pp. 335–339. ISBN 978-0-7167-6887-6.
↑ Ross JF, Orlowski M (February 1982). "Growth-rate-dependent adjustment of ribosome function in chemostat-grown cells of the fungus Mucor racemosus". J. Bacteriol. 149 (2): 650–3. PMC 216554. PMID 6799491.

Véxase tamén

Bibliografía

Pamela C Champe, Richard A Harvey and Denise R Ferrier (2005). Lippincott's Illustrated Reviews: Biochemistry (3rd ed.). Lippincott Williams & Wilkins. ISBN 0-7817-2265-9.
David L. Nelson and Michael M. Cox (2005). Lehninger Principles of Biochemistry (4th ed.). W.H. Freeman. ISBN 0-7167-4339-6.
Hirokawa et al. (2006) "The Ribosome Recycling Step: Consensus or Controversy?". Trends in Biochemical Sciences Vol. 31(3), 143-149.
Malys N, McCarthy JEG (2010). "Translation initiation: variations in the mechanism can be anticipated". Cellular and Molecular Life Sciences 68 (6): 991–1003. PMID 21076851. doi:10.1007/s00018-010-0588-z.

Outros artigos

Ligazóns externas

Virtual Cell Animation Collection: Introducing Translation Arquivado 02 de maio de 2021 en Wayback Machine.

[1] Lodish, H.; Berk, A.; Matsudaira, P.; Kaiser, C. A.; Krieger, M.; Scott, M. P.; Zipursky, L.; Darnell, J.. Molecular Cell Biology. 5. ed. New York: W. H. Freeman, 2003. 973 p. ISBN 978-0-7167-4366-8

[2] Neill, Campbell (1996). Biology; Fourth edition. The Benjamin/Cummings Publishing Company. p. 309,310. ISBN 0-8053-1940-9.

[3] Stryer, Lubert (2002). Biochemistry; Fifth edition. W. H. Freeman and Company. p. 826. ISBN 0-7167-4684-0.

[4] James D. Watson u. a.: Molecular Biology of the Gene. 5. Auflage. Pearson/Cummings, San Francisco CA 2004, ISBN 0-8053-4635-X, S. 435.

[5] Moghal, A., Mohler, K., and Ibba, M. (September 2014). "Mistranslation of the genetic code.". FEBS Letters 588: 4305–10. doi:10.1016/j.febslet.2014.08.035. PMID 25220850.

[6] Griffiths, Anthony (2008). "9". Introduction to Genetic Analysis (9th ed.). New York: W.H. Freeman and Company. pp. 335–339. ISBN 978-0-7167-6887-6.

[7] Ross JF, Orlowski M (February 1982). "Growth-rate-dependent adjustment of ribosome function in chemostat-grown cells of the fungus Mucor racemosus". J. Bacteriol. 149 (2): 650–3. PMC 216554. PMID 6799491.

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]