Tradución (proteínas)

En bioloxía a tradución é a síntese de proteínas nos ribosomas a partir da información contida nun ARNm, o cal é unha copia realizada por transcrición dun xene do ADN. Por tanto, a tradución é o segundo proceso da expresión xénica despois da transcrición. A tradución só se pode producir nos ribosomas do citoplasma da célula, que están formados por dúas subunidades, que rodean o ARNm que se vai traducir.^[1] Na tradución, o ARN mensaxeiro descodifícase para producir un polipéptido específico de acordo coas correspondencias do código xenético, que asocian cada codón (triplete de nucleótidos) do ARNm cun determinado aminoácido. Deste modo tradúcese a "linguaxe" de nucleótidos do ARN á "linguaxe" de aminoácidos das proteínas. A tradución comeza no codón de inicio AUG e acaba nun codón de parada (UGA, UAA, UAG). No proceso da tradución distinguimos catro fases: activación, iniciación, elongación e terminación.^{[2] [3]}

Tradución de proteínas nun ribosoma.

A enerxía requirida para traducir proteínas é considerable. Para unha proteína que conteña n aminoácidos, o número de enlaces fosfato de alta enerxía necesarios para traducila é 4n-1.

Mecanismos básicos

Esquema da tradución.

Activación

Artigos principais: ribosoma, ARNt e aminoacil ARNt sintetase.

O lugar da síntese proteica é o ribosoma. A el deben chegar os aminoácidos necesarios para a formación da proteína. Os aminoácidos son traídos ao ribosoma por ARNt específicos. Os ARNt e os aminoácidos están no citoplasma libres, pero unhas proteínas chamadas aminoacil ARNt sintetases recoñecen determinados aminoácidos e determinados ARNt e catalizan o enlace entre ambos, orixinando un aminoacil-ARNt. Esta formación dos aminoacil-ARNt non pertence tecnicamente á tradución, pero é un paso previo imprescindible chamado activación.

Os ARNt levan nun dos seus brazos unha secuencia de tres nucleótidos chamada anticodón, que é complementaria en bases con algún codón do código xenético. O anticodón do ARNt establece pontes de hidróxeno co codón do ARNm exposto no ribosoma nese momento. Hai moitos ARNt con anticodóns específicos e o recoñecemento codón-anticodón é fundamental na síntese de proteínas, xa que é o que asegura que se introduza na secuencia polipeptídica en crecemento o aminoácido axeitado, indicado polos codóns do ARNm.

Tradución en procariotas

Iniciación

Iniciación da tradución en procariotas.

A iniciación da tradución en procariotas supón ensamblar os compoñentes do sistema de tradución, que son: as dúas subunidades do ribosoma, o ARNm que se vai traducir, o primeiro aminoacil-ARNt (o ARNt cargado co primeiro aminoácido), GTP (como fonte de enerxía) e factores de iniciación proteicos que axudan a ensamblar o sistema de iniciación. Unha vez ensambladas as dúas subunidades do ribosoma e situado o ARNm, únese o primeiro aminoacil-ARNt (que é leva a N-formilmetionina ou fmet-ARNt) co codón de iniciación por medio dun emparellamento de bases por pontes de hidróxeno entre o codón do ARNm e o anticodón do ARNt, xa que codón e anticodón son complementarios en bases.^[4]

O ribosoma contén tres sitios de unión de moléculas: sitio A, sitio P e sitio E. O sitio A é o lugar de entrada dos aminoacil-ARNt (excepto para o primeiro que inicia a síntese, o fmet-ARNt, que entra no sitio P). O sitio P é onde se forma o peptidil-ARNt (a cadea peptídica en crecemento). E o sitio E é o lugar de saída dos ARNt baleiros da súa carga (que xa deixaron o aminoácido que levaban na cadea polipeptídica en formación).

A iniciación da tradución en procariotas comeza coas subunidades 50S e 30S do ribosoma disociadas. O IF-1 (factor de iniciación 1) bloquea o sitio A para asegurar que o fMet-ARNt só se poida unir ao sitio P e que ningún outro aminoacil-ARNt se poida unir ao sitio A durante a iniciación, mentres que o IF-3 bloquea o sitio E e evita que as dúas subunidades se asocien. O IF-2 é unha GTPase pequena que se asocia co fmet-ARNt e lle axuda a unirse coa subunidade ribosómica pequena. O ARNr 16S da subunidade ribosómica menor recoñece a secuencia de unión 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 codón de iniciación (AUG); a secuencia Shine-Dalgarno só se encontra en procariotas). Isto axuda a posicionar correctamente o ribosoma sobre o ARNm para que o sitio P quede directamente sobre o codón de iniciación 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 codón de iniciación do ARNm (AUG). A iniciación remata cando a subunidade ribosómica maior se une ao conxunto provocando a liberación dos factores de iniciación. Os procariotas poden distinguir entre un codón de iniciación AUG, que codifica a N-formilmetionina, e un codón AUG normal do interior do ARNm, que codifica metionina.

Elongación

O primeiro aminoácido no sitio P enlázase co segundo aminoácido no sitio A, polo que se formará un dipéptido.

Os ARNt van traendo os aminoácidos ao ribosoma (animación). FAI CLIC.

Unha vez situado o primeiro aminoácido da proteína, a N-formilmetionina, hai que enlazar a el os seguintes. A elongación da cadea polipeptídica consiste na adición de aminoácidos ao extremo carboxilo ou C-terminal da cadea. A tradución sempre empeza polo extremo 5' do ARNm e polo extremo N-terminal da proteína (da N-formilmetionina), polo que os seguintes aminoácidos engádense ao outro extremo, o C-terminal. O código xenético determina as correspondencias entre os codóns de ARNm e os aminoácidos. Hai unha correspondencia por complementariedade de bases entre os codóns de ARNm e os anticodóns do ARNt. Xeralmente a descodificación é fiel, pero nalgúns casos pode haber discordancias, especialmente en certas contornas celulares.^[5]

• A elongación comeza despois de que o fmet-ARNt entra no sitio P, causando un cambio de conformación que abre o sitio A para que o novo aminoacil-ARNt se una. O factor de elongación termoinestable (EF-Tu), unha pequena GTPase, facilita esta unión. Agora o sitio P contén o comezo da cadea peptídica da proteína a codificar (polo momento só cun aminoácido) e o sitio A ten o ARNt co seguinte aminoácido que debe engadirse á cadea peptídica.
• O primeiro aminoácido unido ao ARNt no sitio P deslígase do seu ARNt e seguidamente fórmase un enlace peptídico entre el e o novo aminoácido unido a ARNt que acaba de entrar no sitio A. Este proceso, coñecido como formación do enlace peptídico, está catalizado polo propio ARNr 23S da subunidade maior do ribosoma, que actúa como un ribozima, realizando unha actividade de peptidil transferase. Neste punto no sitio A formouse un dipéptido, mentres que o sitio P ten un ARNt descargado (ARNt sen aminoácido).
• Na fase seguinte da elongación, a traslación, o ribosoma móvese 3 nucleótidos (un codón) cara ao extremo 3' do ARNm (en dirección 5'-3') expoñendo o seguinte codón.^[6] Todo este proceso vaise volver a repetir moitas veces máis ata completar a proteína: entra un novo aminoacil-ARNt no sitio A, todo o péptido en crecemento que estaba formado e unido ao ARNt no sitio P únese ao novo aminoácido que acaba de entrar, polo que o péptido crece nun aminoácido, o ARNm desprázase outro codón, o ARNt co péptido pasa ao sitio P, e o ARNt descargado pasa ao sitio E de saída. Este proceso de desprazamento está catalizado polo factor de elongación G (EF-G) gastando un GTP.
• O ribosoma continúa desprazando os codóns sucesivos do ARNm polos sitios do ribosoma, sempre empezando polo extremo 5' do ARNm e acabando polo 3', e mentres seguen uníndose sucesivos aminoacil-ARNt ao sitio A, ata que o ribosoma chega a un codón de parada no ARNm (UAA, UGA ou UAG).

Terminación

A terminación prodúcese cando un dos tres codóns de terminación entra no sitio A. Estes codóns non son recoñecidos por ningún ARNt, pero si son recoñecidos por unhas proteínas chamadas factores de liberación, que son o RF-1 (que recoñece os codóns de parada UAA e UAG) ou o RF-2 (que recoñece o UAA e UGA). Un terceiro factor de liberación, o RF3, cataliza a liberación producida polo RF-1 e o RF-2 ao final do proceso de terminación. Estes factores desencadean a hidrólise do enlace éster do peptidil-ARNt entre o péptido e o ARNt, e a liberación da proteína acabada de sintetizar do ribosoma. Deste modo ten lugar o fin da síntese.

Reciclaxe

O sistema de post-terminación formado ao final da terminación consta do ARNm co codón de terminación no sitio A, os ARNt e o ribosoma. A fase de reciclaxe do ribosoma é responsable do desmantelamento do sistema ribosómico posterior á terminación. Unha vez que a proteína sintetizada é liberada durante a terminación, o factor de reciclaxe do ribosoma e o factor de elongación G (EF-G) póñense 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 tamén axuda ao proceso de reciclaxe do ribosoma convertendo as subunidades transitorias desensambladas en subunidades estables, enlazándose coas subunidades de 30S. Isto "recicla" os ribosomas para posteriores roldas de tradución.

Polisomas

A tradución execútase tipicamente por varios ribosomas á vez. Debido ao grande tamaño dos ribosomas, só se poden acoplar ao ARNm a unha distancia de 35 nucleótidos uns doutros. Este sistema consistente nun ARNm e un certo número de ribosomas chámase polisoma ou polirribosoma.

Efecto dos antibióticos

Hai varios antibióticos que actúan interferindo no proceso de tradución bacteriano. Estes antibióticos inhiben selectivamente a síntese de proteínas nas bacterias sen afectaren ao hóspede eucariótico aproveitando as diferenzas na tradución entre eles. Algúns exemplos son:

• A puromicina ten unha estrutura similar ao aminoacil-ARNt da tirosina. Por tanto, enlázase ao sitio A do ribosoma e participa na formación de enlaces peptídicos, producindo peptidil-puromicina. Porén, non toma parte na traslación e deslígase rapidamente do ribosoma, causando unha terminación prematura da síntese do polipéptido.
• A estreptomicina provoca unha mala lectura do código xenético nas bacterias a concentracións relativamente baixas e inhibe a iniciación a concentracións maiores, enlazándose á subunidade ribosómica de 30S.
• Outros aminoglicósidos como a tobramicina e a kanamicina evitan a asociación ribosómica ao final da fase de iniciación e provocan unha mala lectura do código genético.
• As tetraciclinas bloquean o sitio A do ribosoma, evitando a unión dos aminoacil-ARNt.
• O cloranfenicol bloquea a fase da transferencia peptídica da elongación na subunidade ribosómica de 50S, tanto nas bacterias coma nas mitocondrias.
• Os macrólidos e as lincosamidas enlázanse ás subunidades ribosómicas de 50S, inhibindo a actividade de peptidil transferase ou a traslocación ou ambas as cousas.

Tradución en eucariotas

É moi similar á procariótica. As principais diferenzas están na iniciación. Ademais, a velocidade da tradución é significativamente maior en procariotas (ata 17-21 residuos de aminoácidos por segundo) que en células eucariotas (ata 6-9 residuos de aminoácidos por segundo).^[7]

Iniciación da tradución en eucariotas.

Iniciación dependente da carapucha 5'

A iniciación da tradución supón a interacción de varias proteínas cunha marca especial situada no extremo 5' das moléculas de ARNm. Os factores proteínicos asócianse á subunidade ribosómica menor. A subunidade, xunto con algúns deses factores proteínicos, móvese ao longo da cadea de ARNm cara ao seu extremo 3' buscando o codón de inicio (normalmente o AUG), que indica en que punto se empeza a codificar a proteína (comezo do marco aberto de lectura). Logo o ribosoma traduce a secuencia que hai entre os codóns de comezo e parada nunha secuencia de aminoácidos, sintetizándose unha proteína. Nos eucariotas e nas archaea, o aminoácido codificado polo codón de inicio é a metionina (nas bacterias era a N-formilmetionina). Todas as proteínas comezan, pois, por metionina, pero unha protease pode eliminar esa proteína despois de rematada a síntese proteica.

Iniciación independente da carapucha 5'

O exemplo mellor estudado de tradución independente da carapucha 5' en eucariotas é o IRES (Sitio de Entrada ao Ribosoma Interno). O que a distingue da tradución dependente da carapucha é que a independente non precisa que o ribosoma empece a percorrer o ARNm desde o extremo 5' ata o codón 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 rexión 5' UTR do ARNm. Este método de tradución foi descuberto recentemente, e ten grande importancia en condicións que requiren a tradución de ARNm específicos a pesar do estrés celular ou a incapacidade de traducir a maioría dos ARNm. Exemplos son os factores que responden á apoptose.

Notas

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.

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

• Transcrición (ARN)
• Modificación postraducional

Ligazóns externas

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