Código genético
Síntesis protéica
La traducción
implica un cambio
de lenguaje desde
la secuencia de
nucleótidos de una
molécula de
ARNm a la
secuencia de
aminoácidos de
una cadena
polipeptídica.
5
3
DNA strand
(template)
TRANSCRIPTION
mRNA
3
5
Codon
TRANSLATION
Protein
Aminoacid
GENERALIDADES
▶
Las proteínas son sintetizadas de acuerdo a las
necesidades de la célula.
▶ Deben
ser transportadas a su sitio final en la célula o
exportadas fuera de ella.
▶
Deben ser degradadas cuando dejen de ser útiles.
▶ Mecanismo
complicado, puede utilizar hasta el 90% de
la energía química usada por la célula para reacciones
biosintéticas.
▶
Ribosomas y factores involucrados en la traducción
representan el 35% del peso seco de una célula.
▶
Son producidas rápidamente ( en E. coli 100 aa/5 seg a
37°C).
Síntesis protéica y el código
genético
▶
Tres avances importantes en los 50’s:
▶ Ribosomas:
sitios celulares en donde se
sintetizan proteínas.
▶ Aminoacil-tRNA:
aminoácidos enlazados a un
RNA estable al calor (llamado posteriormente
tRNA).
▶ El
tRNA traduce la información codificada en el
ARNm (modelo propuesto por Francis Crick).
Hipótesis del adaptador
(F. Crick)
Nelson & Cox, 2009
Síntesis protéica y el código
genético
▶
El código genético resuelto:
▶ Los
codones son los tripletes de
nucleótidos que codifican por un
aminoácido (43=64 combinaciones
diferentes).
▶ No
se traslapan y se leen conforme el
marco de lectura establecido por el
primer codón.
▶ No
utilizan signos de puntuación.
Código no traslapado (solapado) vrs códigos traslapados
(solapados)
Nelson & Cox, 2009
Marcos de lectura para la traducción
Nelson & Cox, 2009
En un código sin traslapes (no es solapado), cada triplete codifica por
un aminoácido. Sin embargo, todos los mRNAs tienen tres marcos
potenciales de lectura, dependiendo de en donde se empiece a
leer.
Es importante notar que en esos casos, cada triplete, y por ende cada
aminoácido codificado, son diferentes en cada marco de lectura.
Síntesis protéica y el código
genético
➢
Los codones fueron encontrados
realizando experimentos con
polímeros de nucleótidos (61 de
64 codifican por un aminoácido).
▶ Los
codones de terminación
fueron asignados porque
interrumpían el patrón de
aminoácidos cuando se incluían
(UAA, UAG, UGA).
El ARNm codifica por cadenas
polipeptídicas
▶
En bacterias y archea los
ARNm pueden ser
monocistrónicos (codifican
por un polipéptido), o
policistrónicos (codifican por
2 o mas polipéptidos).
▶
Los genes eucariotas son
monocistrónicos.
Nelson & Cox, 2009
Becker, 2007
Efecto de inserciones y deleciones
en los marcos de lectura
Nelson & Cox, 2009
“Resultado” de mutaciones
(cambio de aminoácidos,
fenotipo)
▶
Originadas por inserciones o deleciones y/o
corrimiento de marco de lectura
▶ Mutaciones
silenciosas .
▶ Mutaciones
con sentido erróneo (missense).
▶ Mutaciones
sin sentido (nonsense).
▶ Mutaciones
de supresión de parada.
Efecto de los codones de terminación en un
marco de lectura
UAA=STOP
Identificar la mutación de
supresión de parada presente
en el marco uno al ocurrir los
corrimientos de marco de
lectura.
EJEMPLOS DE TIPOS DE
MUTACIONES
Mutación puntual (cambio de una sola base):
CUA
Leu
UUC
Phe
UUA
Leu
GUA
Val
UUG
Leu
AUA
Ile
UCA
Ser
UGA
Stop
UAA
Stop
UUU
Phe
silenciosa
Con sentido cambiado.
Aminoácido cambiado.
Puede dar origen a una
proteina menos
funcional o disfuncional
totalmente.
Sin sentido.
Origina una
proteína
truncada.
Hardin, 2012
Hardin, 2012
Características del código genético
➢
El codón de iniciación es AUG (metionina).
➢
Los codones de terminación son UAA, UAG y UGA.
➢
Las proteínas son codificadas por marcos de
lectura abiertos (más de 50 codones).
Es degenerado:
➢
•
Un aa es especificado por más de un codon.
•
Ningún codón especifica a más de un aa.
”Diccionario” codon-aminoácido del
código genético
Nelson & Cox, 2009
Nelson & Cox, 2009
El código genético es casi universal!
• Los codones aminoacídicos son idénticos en todas las especies sobre la tierra.
•Excepciones: algunas variaciones en mitocondrias, algunas bacterias y algunos
eucariotas unicelulares.
•Evolución: todos las especies se generaron de un solo organismo, cuyo código
genético se ha conservado a lo largo de toda la evolución.
Nelson & Cox, 2009
¿Qué pasa cuando diferentes codones
codifican por el mismo aminoácido?
▶ Usualmente
la diferencia radica en el tercer
nucleótido del triplete (extremo 3’).
▶
Ejemplo: alanina es codificada por
GCU, GCC, GCA y GCG
▶ Son
las primeras dos letras del codón las
que dan la especificidad para el
reconocimiento por el RNAt.
Apareamiento entre codón y anti-codón
3’
Pareo de Watson y
Crick
5’
I= inosinato
tRNAArg
ARNm
Nelson & Cox, 2009
Síntesis protéica y el código genético
▶
El bamboleo permite a un
anticodón reconocer más de
un codón
▶ Anticodón:
secuencia
codificada en el tRNA
antiparalela y
complementaria al codón
del mRNA.
▶ La
tercera base del codón
y primera del anticodón
pueden formar enlaces
débiles, a diferencia de las
otras dos bases en donde
son enlaces fuertes.
Nelson & Cox, 2009
¿Qué ventaja(s) tiene el bamboleo?
1.Permite el reconocimiento de mas de un codón por
parte de algunos tRNA´s. Si esto no fuera posible, se
necesitaría un RNAt específico para cada aminoácidocodón (ver ejemplo de arginina en levaduras en slide
anterior).
2.Como la tercera base del codón está enlazada
débilmente a la primera base del anticodón, resulta
mucho mas fácil que se despeguen a la hora de que
la traducción se haya efectuado.
Hipótesis del bamboleo propuesta por F. Crick
•Las primeras 2 bases del codón de mRNA siempre forman enlaces
fuertes en el pareo clásico de Watson-Crick con el anticodón en el
tRNA. Esto le confiere ESPECIFICIDAD.
•La primera base del anticodón (leída de 5’ a 3’ que se parea con la
tercera del codón) determina el número de codones reconocidos por
el anticodón.
•Cuando un aminoácido es especificado por varios codones
diferentes, los codones que difieren en cualquiera de las dos
primeras bases del codon requieren diferentes tRNAs.
•Se requiere un mínimo de 32 tRNAs para traducir los 61 codones.
El desplazamiento del marco de
traducción afecta la lectura del código
▶ En ADN
virales se encuentran genes traslapados
(solapados) en distintos marcos de lectura
▶ La
mayoría de secuencias de ADN codifican una
proteína en un sólo marco de lectura. El propio
código genético pone límites.
▶ Los
virus pueden tener diferentes marcos de
lectura para ahorrar espacio (genes traslapados)
en su genoma.
Nelson & Cox, 2009
Desplazamiento del marco de traducción:
genes dentro de genes en virus
Nelson & Cox, 2009
Estructura y productos génicos de un genoma de
retrovirus integrado al cromosoma del
hospedero
(gag -pol)
(env)
Fig. 26-34. Nelson & Cox, 2009
La edición del ARN afecta la lectura
del código
▶
Edición del ARN que
afecta el significado del
transcrito cuando se
traduce:
▶ *Adición
▶ *Deleción
▶ Alteración
de
nucleótidos.
*Mitocondrias y cloroplastos.
▶
Adición y deleción
requieren un ARN guía
(gRNA) que actúa como
molde en el proceso de
edición.
Edición del transcrito de la subunidad II de la citocromo
oxidasa mitocondrial de T. brucei. Nelson & Cox, 2009.
La edición del ARN afecta la lectura
del código
▶
Alteración de nucleótidos:
▶
Usualmente desaminaciones de A y C.
▶ Desaminación
de adenosina es mediada
por adenosina desaminasas que actúan
sobre el ARN (ADARs).
▶ Desaminaciones
de citidina por la
familia de enzimas del péptido
catalítico para la edición del ARNm de
apoB (APOBEC).
Nelson & Cox, 2009