Teórico 48 Metabolismo de proteínas 2021 - Marianela Bella

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Docente: Paula Casati
METABOLISMO DE LAS 
PROTEINAS
Es el proceso biosintético más complejo, emplea: 
• +70 proteínas ribosomales, 
• ~ 20 enzimas para activar los ARNt, 
• ~12 enzimas auxiliares y factores de inicio, elongación y 
terminación, 
• ~ 100 enzimas para el procesamiento final y 
• ~ 40 ARNt y ARNr
Puede utilizar el 90% de la energía celular
 35% del peso seco de una célula
Velocidad en E. coli: 100 AA en 5´
CARACTERÍSTICAS DE LA BIOSÍNTESIS DE 
PROTEÍNAS
• Zamecnik y col. (1950s):
pulso con AAs marcados en 
células de ratas=>marca 
asociada con RIBOSOMAS
(lugar de la síntesis proteica).
•Niremberg y Leder (1964):
Los ribosomas aislados de E. coli fijaban un aminoacilARNt 
específico en presencia del correspondiente polinucleótido 
mensajero sintético.
Información adicional 
•Hipótesis del 
adaptador de Crick: 
¿Cómo el lenguaje de 4 
letras del ADN puede ser 
trasladado a un lenguaje 
de 20 AA de las 
proteínas? 
Existencia de un 
pequeño ácido nucleico 
adaptador
Información adicional 
CÓDIGO GENÉTICO
Al menos 3 nt son necesarios para codificar cada AA: 
- 4 bases en grupos de 2: 42 =16, poco para codificar 20AA 
- 4 bases en grupos de 3: 43 =64
• CODÓN: triplete de nucleótidos que codifica para un AA
• MARCO ABIERTO DE LECTURA (ORF): entre codón de 
iniciación y terminación, con 50 o más codones.
• No existe puntuación, lineal
• CODÓN DE INICIACIÓN: AUG
• CODONES TERMINACIÓN: se termina la traducción: UAA, 
UAG, UGA
En un código de tripletes sucesivos sin solapamiento, 
todos los ARNms tienen 3 marcos de lecturas 
potenciales
degenerado: 1AA tiene más de un codón, cada 
codón especifica sólo 1AA
casi universal (excepciones en mitocondria, algunas 
bacterias, algunos eucariotas unicelulares)
Cuando distintos codones codifican para un mismo 
AA, en general difieren en la 3º base
Cuando un AA es reconocido por distintos codones, si 
los codones difieren en la 1º o 2 º base, se requieren 
distintos ARNt, se requiere un mínimo de 32 ARNt para 
traducir los 61 codones
CARACTERÍSTICAS DEL CÓDIGO GENÉTICO 
Información adicional 
La degeneración del código genético no es uniforme
Cuando distintos codones codifican para un mismo AA, 
en general difieren en la 3º base
Precisión y velocidad
Hipótesis del balanceo
Información adicional 
Variaciones en la asignación de codones en mitocondrias
2 subunidades con 
coeficientes de 
sedimentación 30S y 
50S (70S combinadas)
*Bacterias: 65% ARNr, 35% proteínas
El ribosoma es una compleja maquinaria supramolecular
50S: 
Contiene los ARNr 23S y 5S
Las proteínas son elementos 
secundarios.
RIBOZIMA
Tabla suplementaria
*Eucariotas: más grandes y 
complejos: 80S
subunidades 60S y 40S
más de 80 proteínas
*Mitocondrias y cloroplastos: 
más pequeños y más simples 
que los bacterianos
TRADUCCIÓN O BIOSÍNTESIS 
PROTEICA
La biosíntesis proteica consta de cinco etapas
1. Activación del ARNt:
Activación del COO- de los AA para la formación 
del enlace peptídico en el citosol
Aminoacil ARNt sintetasa:
- específica para cada AA y sus ARNts
Mg2+
- AA + ARNt + ATP → aminoacilARNt + AMP + PPi 
- actividad correctora de prueba
El grupo aminoacilo 
es esterificado en la 
posición 3′ de un ARNt
La unión éster activa 
al aminoácido y lo une 
al ARNt
Aminoacil-ARNt
Intermediario 
aminoacil-AMP
Reacción en 2 pasos:
Ala-ARNt sintetasa
La interacción entre la aminoacil
ARNt sintetasa y el ARNt
especifica un 2º código
genético: las distintas enzimas
reconocen diferentes partes del
ARNt
Aminoacil ARNt sintetasa:
Actividad correctora de prueba (si el AA-AMP 
no es el correcto se produce la hidrólisis del AA 
+ AMP), también pueden hidrolizar la unión 
tioéster del AA y el ARNt si no es correcta
La identidad de cada AA unido al ARNt no se 
comprueba en el ribosoma
La tasa de error media en la síntesis de 
proteína (1 error cada 104 AA) no es tan baja 
como en la replicación del ADN
2. Iniciación
La síntesis comienza con un aminoácido 
específico: la metionina (eucariotas) o formil-
metionina (bacterias)
•Dirección de síntesis: Amino terminal →Carboxilo terminal
•Codón de inicio: AUG
•Aunque existe sólo un codón para Met, existen 2 ARNt:
ARNtFMet (bacterias) o ARNtMet (inicio eucariotas)
ARNtMet (bacterias) o ARNtMet (elongación eucariotas)
Se sintetiza a partir de Met-ARNt y 
N10formil-THF por una enzima que 
reconoce el ARNtfMet
También en mitocondrias y 
cloroplastos
*En eucariotas comienza con Met, 
pero existen dos ARNt distintos para 
Met inicio y Met en el medio
El ARNm se une a la subunidad 
menor del ribosoma y al ARNt 
de iniciación 
-Se requiere GTP y factores de 
iniciación (IF-1, IF-2 e IF-3).
Al final se une la subunidad 
mayor.
En 3 pasos
-Formación del complejo de iniciación
Iniciación en bacterias:
Unión de los factores IF-1 e IF-3
Unión del ARNm
El ARNm es guiado hacia 
su posición correcta 
por la secuencia 
Shine-Dalgarno
IF-3 impide que 30S 
y 50 S se unan 
prematuramente
1º paso:
IF-1 impide que el ARNt se una 
al sitio A durante la iniciación
2º paso:
Se incorpora al 
complejo el IF-2 
unido a GTP
Unión de fMet-
ARNtMet
3º paso:
Se une la subunidad 50S
Se hidroliza el GTP
Se liberan los factores de 
inicio
La unión correcta del AUG al sitio P está guiada por la 
secuencia de Shine-Dalgarno rica en purinas a 8-13 bp 
5´del sitio de inicio complementaria al 3´del ARN 16S
• al menos 9 IF
• eIF4 se une al 5´CAP e 
interactúa con la PAB y la 
eIF3 para interaccionar 
con la subunidad 40S
• el AUG se detecta por un 
scan desde el 5´hasta que 
se encuentra el AUG, 
probablemente con la 
ayuda de eIF4
*Iniciación eucariotas: la mayores diferencias en la 
traducción se encuentran en esta etapa
Además, la secuencia de Kozak facilita el 
reconocimiento del AUG de inicio en los eucariotas.
ACCAUGG
La A que precede a la secuencia AUG y la G ubicada en 
la última posición determinan la eficiencia de la iniciación 
de la traducción.​
Información adicional 
3. Elongación en bacterias: 
Se forman los enlaces 
peptídicos
El polipéptido se elonga por el 
agregado de los sucesivos AA a 
partir de los AA-ARNt que se 
aparean con sus correspondientes 
codones, se requiere factores 
elongación EF-Tu, EF-Ts, EF-G y 
GTP
3 pasos: 
1º paso: unión de AA-ARNt 
entrante
2º paso: formación del enlace 
peptídico
Actividad dipeptidil 
transferasa de la ribozima 
ARNr 23S
Estado híbrido de 
unión de ambos 
tRNAs sobre la 
subu50S
3º paso: translocación
El ribosoma se desplaza 
de un codón hacia el 
extremo 3’ del ARNm
El polipéptido permanece 
unido al tRNA del último AA 
incorporado
Por cada AA que se agrega, se produce la hidrólisis de 
2 GTPs
Los ribosomas tienen actividad “proofreading”:
Antes de la hidrólisis del GTP del EF-Tu se verifica la 
correcta unión del codón al anticodón, si no existe se 
disocia.
La identidad de los AA unidos a los ARNt no se revisa 
en el ribosoma
*Elongación en eucariotas: 
-muy similar, 3 factores de elongación eEF1α, eEF1βγ y 
eEF2 con funciones análogas a Tu, Ts y G
-no poseen sitio E, los ARNt se liberan directamente del 
sitio P
4. Terminación en bacterias: 
Requiere una señal específica 
(codón de terminación)
Factores de terminación:
RF-1 (UAG y UAA)
RF-2 (UAA y UGA)
RF-3
Hidrólisis del enlace peptidilt-
ARNt-terminal
Liberación del péptido
*Terminación en eucariotas:
un único factor eRF
Factor de reciclado del 
ribosoma (RRF) y 
EF-G hidroliza GTP 
provocando la disociación de 
la subunidad 50S
EF-G y RRF son 
reemplazados por IF-3· que 
promueve la liberación del 
último ARNt
*TRADUCCIÓN POR AA: 4 GTP
• Activación: 1ATP→ 1AMP+PPi
• 1º paso elongación: 1GTP
• Translocación: 1GTP
*Además por polipétido sintetizado: 1GTP en la 
iniciación y 1 GTP para reciclar el ribosoma
COSTO ENERGÉTICODE LA FIDELIDAD 
DE LA SÍNTESIS PROTEICA
Traducción de un mensajero individual por los polisomas (10-
100 ribosomas)
*Procariotas: transcripción y traducción simultáneas
*Eucariotas: transcripción en núcleo, traducción en 
citosol
Acoplamiento de la transcripción y la traducción
en las bacterias
• 5. Plegado y procesamiento:
Proteínas en su forma biológicamente activa y 
correcta
Modificaciones postraduccionales:
1- Procesamiento de 1 o + AA del extremo NH2-t
2- En eucariotas, el 50% del NH2-t se encuentra N-
acetilado
3- El COO-t a veces también se modifica
4- Modificaciones postraduccionales (fosforilaciones, 
carboxilaciones, metilaciones, formación de puentes 
disulfuros, glicosilaciones, adición de grupos 
prostéticos o isoprenilos, etc.)
5- Clivaje proteolítico: pérdida de secuencia señal, otros
Fosforilación Metilación
Carboxilación
Farnesilación de un residuo de Cys
Citosol
Secreción, integración en la membrana plasmática o 
integración en lisosomas: pasan por el RE (secuencia 
señal)
Mitocondrias, cloroplastos o núcleo: secuencia señal
DESTINO DE LAS PROTEINAS
Imagen suplementaria
Las proteínas eucarióticas que poseen secuencias señales 
que dirigen la translocación al RE se sintetizan en ribosomas 
unidos al RE
La glicosilación juega un papel clave 
en el destino de las proteínas
Información adicional 
Procariotas
Eucariotas
Procariotas
La traducción se inhibe por 
antibióticos y toxinas
Información adicional 
DEGRADACIÓN DE PROTEÍNAS
DEGRADACIÓN DE PROTEÍNAS
 Previene el mantenimiento de proteínas defectuosas o 
innecesarias, y permite el reciclado de AA
 tv1/2 (eucariotas): 30s a varios días.
Por ej, las enzimas claves de vías metabólicas se 
degradan rápidamente, la Hemoglobina puede durar 
toda la vida de un GR (110 días)
 Tan importante como la SÍNTESIS
 Fundamental en la regulación de funciones biológicas: 
alteración dinámica de la estabilidad y abundancia de 
proteínas regulatorias. Ej: ritmos circadianos
DEGRADACIÓN DE PROTEÍNAS
 Degradación de proteínas malformadas o de tv1/2
corta: sistemas citosólicos dependientes de ATP
 En vertebrados, existe un 2º sistema en lisosomas 
que recicla AA de proteínas de membranas, 
proteínas extracelulares y de larga vida
Eucariotas: sistema 
dependiente de ubiquitina
Ubiquitina: una de las proteínas 
más altamente conservada (76AA), 
esencialmente idéntica en todos los 
eucariotas
Las proteínas a ser destruidas se 
unen covalentemente a la 
ubiquitina con consumo de ATP 
(una o más)
E1: Enz activadora de Ub
E2: Enz conjugadora de Ub
E3: Ub-proteín ligasa 
Enlace 
isopeptídico
Enlace tioéster
E1: única o número pequeño
E2: única flia relacionada 
evolutivamente
E3: muchas familias distintas
Especificidad:
-E3
-Combinaciones E2-E3
Muy importante como vía 
regulatoria: 
E2 y E3 son flias génicas 
muy grandes con distintas 
especificidades de sustratos 
y regulan distintos procesos y 
se localizan en lugares 
diferentes
Proteínas ubiquitinadas: sustratos del proteosoma 26S
2 copias de al menos 32 subunidades distintas
muy conservadas
Partícula 
regulatoria 19S en 
los extremos que 
reconoce y unen las 
proteínas 
ubiquitinadas, 
algunas subunidades 
con actividad 
ATPasa, actividad 
isopeptidasa que 
escinde las 
moléculas de ubi 
intactasCore 20S con actividad proteasa
Residuo aminoterminal Vida media
Estabilizante
Desestabilizante
Met, Gly, Ala,Ser,Thr,Val >20 h
Ile, Gln 30 min
Tyr, Glu 10 min
Pro 7 min
Leu,Phe, Asp, Lys 3 min
Arg 2 min 
Señales para ubiquitinización
• Más simple: AA en el N-terminal luego de la remoción 
de Met, son los mismos en bacterias y eucariotas
• Otros: otras secuencias: cajas de destrucción
Tabla suplementaria
Defectos en la ubiquitinación asociados a:
•Formación de tumores
•Enfermedades renales
•Enfermedades neurodegenerativas
•Fibrosis quística, etc.
Información adicional 
PROTEASAS BACTERIANAS
Las bacterias carecen de la vía 
ubiquitina-proteosoma (homólogos 
del proteosoma sin función 
establecida, pero no existe ubiquitina)
 E.coli: proteasa LON dependiente de ATP
• Cataliza los pasos limitantes de la reacción endoproteolítica de la 
degradación de proteínas.
• Se activa en presencia de proteínas defectuosas o de vida corta. 
• Se hidrolizan 2 ATPs por cada enlace peptídico que se rompe.
• Se liberan pequeños péptidos inactivos, se activan otras proteasas 
independientes de ATP para completar el proceso
 Sistema proteolítico ClpA y ClpX ATPasas en complejo 
con ClpP peptidasa
Diferentes proteasas que degradan las proteínas 
procesivamente:
• Bacterias: homólogos del proteosoma 
sin función establecida, pero no existe 
ubiquitina
• Proteosoma de arqueobacterias: muy 
parecido al de eucariotas.
Información adicional