Ribosomas, tRNAs, Código genético, Marco abierto de ......§Se modifican algunas bases...
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Ribosomas, tRNAs, Código genético, Marco abierto de lectura (ORF)
rRNA 16S
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Los rRNAs se encuentran altamente conservados
rRNAProcarionte
rRNAEucarionte
5´ ETS
5´ ETS
3´ ETS
3´ ETS
5S23StRNA16S
18S 25S / 28S5.8S
ITS
ITS1 ITS2
ETS: External transcribed spacer ITS: Internal Transcribed spacer
5S
3´ ETS
Nat Rev. Mol. Cell Biol. 2:7:514-20
NRPA!
NRPC!
Organización de los genes de rRNA
RNA pol I
RNA pol III
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Procesamiento POST-transcripcional de rRNA§ Se eliminan los espaciadores externos e internos
§ Se modifican algunas bases nitrogenadas
§ Adquiere un plegamiento definido en el espacio que dará conformación de dos subunidades ribosomales
Subunidad Pequeña
Subunidad GrandeRibosoma
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La Biogénesis de los Ribosomas es un procesosistemático y complejo
Pol I
Cluster de rDNATranscripción
Pre-rRNA 47S
18S
18S
5.8S
5.8S
28S
28SModificación
Pol III
Procesamiento
Pol II
5S
rRNA 5S snoRNA
m7GcapAAn
snoRNA
Ensamblado
Pre-40S Pre-60STransporte
RanGTPRanGTP
Proteínas ribosomales (RPs)y Factores de ensamblaje (AFs)
NUCLEOLO
NUCLEOPLASMACITOPLASMA
Pre-40S Pre-60S Modificado de doi:10.1038/nsmb.2939
En eucariontes el procesamiento de rRNA y ensamble de ribosomas ocurre en el nucleolo (núcleo)
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Composición Ribosoma Eucarionte y Procarionte
Los procariontes tienen un ribosoma 70SFormado por 2 subunidades:- Grande (mayor) de 50S- Pequeña (menor) de 30S
Los Eucariontes tienen un ribosoma 80SFormado por 2 subunidades:- Grande (mayor) de 60S- Pequeña (menor) de 40S
70S
80S
60S
40S
50S
30S
- rRNA 23S- rRNA 5S- 34 proteínas
- rRNA 25/28S- rRNA 5.8S- rRNA 5S- ~49 proteínas
- rRNA 16S- 21 proteínas
- rRNA 18S- ~33 proteínas
En el ribosoma ocurre la síntesis de proteínas
Composición de los ribosomas procarionte y eucarionte
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La estructura de los ribosomas es muy parecida entre procariontes y eucariontes.
El tamaño de los rRNAs y el número de proteínas en las subunidades ribosomales varía entre procariontes y eucariontes.
Gris: rRNA 23S ----- Subunidad 50S
Azul claro: rRNA 16S – Subunidad 30S
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La secuencia del rRNA principal de cada subunidad está conservada y adquiere estructura similar
16S ---- 18S rRNA
23S ---- 25/28S rRNA
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3’ 5’
tRNA: la molécula intérprete en Traducción
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Organización de las unidades transcripcionales de tRNA
Bacteria:- Con genes rRNA- En tandem
Eucariontes:- En tandem
RNA pol III
PROCESAMIENTO
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1. Extremo 5’: Corte por RNasa P (RIBOZIMA)2. Extremo 3’: Corte por RNasa D (proteína) y adición de CCA3. Remoción de intrón4. Modificación de bases
Procesamiento POST-transcripcional del tRNA
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Porción de RNA de la RNasa P (ribozima)
tRNA
Porción de proteína de la RNasa P
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Bases modificadas que se encuentran en los tRNA
Alrededor del 12% de los residuos de tRNAs sufren modificaciones (aprox 8modificaciones por tRNA.
Se han identificado más de 100 modificaciones diferentes
Posición Modificación en tRNA Función
9 m1G Plegamiento de tRNA
54 m5U y rT Estabilidad de tRNA
1, 29, 30, 35, 36 Ψ Desconocida
64 2ʹ-O-ribosyladenosine Discriminación entretRNAMet iniciador yelongador
16, 17 y 47 D Desconocida
Modificado de doi:10.1038/nrg3861
Modificaciones de bases nitrogenadas en el tRNA
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• Aproximadamente 75 ribonucleotidos• Contiene basesmodificadas.
tRNA maduro: estructura de trébol
Brazo anticodón
Brazo aceptor
Brazo D
Brazo TψC
Brazo Variable
extremo 3’
extremo 5’
extremo 5’
extremo 3’
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Plegamiento espacial del tRNA• El tRNA se pliega sobre sí mismo para adoptar una estructura 3ria
con forma de L invertida.• En un extremo queda el brazo aceptor y en otro el brazo
anticodón.
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El Código GenéticoEs una serie de reglas que definen como los 4 nucleótidos en el mRNA se traducen en en un código de 20 aminoácidos, los cuales conforman las proteínas.
Consiste en la combinación de tres letras (nucleótidos) llamados codones; cada uno corresponde a un aminoácido específico o una señal de paro.
Un aminoácido
A
codifican
A A CC CU U U UG U
Tres basesEl Código Genético
No es sobrelapado
Interpretación del código genéticoTres letras: un aminoácidoCuatro letras en total, ordenadas en tripletes: 64 posibilidades
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Experimento Traducción E. coli: Aminoácido marcado 1/20 tubos
Descifrando el código genético
Experimentos de Nirenberg y Leder
RNA sintético (polímero)
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El código genético es degenerado:Hay 64 posibles combinaciones de tripletes, pero solo 20 aminoácidos; Más de un triplete por aminoácido
El código genético NO es ambiguo:Un triplete solo puede significar un aminoácido (61 codones) o STOP (3 codones)
El código es universal, aunque hay uso de codónes preferenciales por especie
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Si tenemos los siguientes RNA sintéticos:
¿Cuáles son las posibles proteínas que se obtendrían?
1) 5’ CUACUACUACUACUACUACUACUACUACUACUA 3’
2) 5’ AUGAUGAUGAUGAUGAUGAUGAUGAUGAUGAUG 3’
1) 5’ CUACUACUACUACUACUACUACUACUACUACUA 3’
CUA (Leu) Leu-Leu-Leu- Leu-Leu-Leu……UAC (Tyr) Tyr-Tyr-Tyr-Tyr-Tyr-Tyr-Tyr-Tyr….ACU (Thr) Thr-Thr-Thr-Thr-Thr-Thr-Thr-Thr….
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Interacción codón-anticodón
Las cadenas que interaccionan son ANTIPARALELAS
La 3ª posición del CODON puede no aparear (hipótesis del “bamboleo”)
Las bacterias tienen 31 diferentes tRNA
Los eucariontes tienen 48
tRNA
Posición debamboleo
3´ 5´
5´3´
CodónmRNA
Anticodón
Base en codón en
posición de bamboleo
Base en codón en
posición de bamboleo
Posibles bases en anticodón
Posibles bases en anticodón
U
C
A
G
A, G o I
G o I
U o I
C o U
A, G o I
G o I
U
G
U
C
A
G
Interacción codón-anticodón
Un mismo tRNA podría reconocer más de un codónBase en
codón en posición de Bamboleo
(3’)
Posibles bases en anticodón
(5’)
U A, G ó IC G ó IA U ó IG C ó U
Base en codón en
posición de Bamboleo
(3’)
Posibles bases en anticodón
(5’)
U A, G ó IC G ó IA UG C
PROCARIONTES EUCARIONTES
Un mismo tRNA puede reconocer varios codones (mismo aminoácido)
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En esta imagen podemos apreciar cómo para muchos aminoácidos tenemos las 4 opciones de base en la tercer base del codón (la base del bamboleo)
Un mismo tRNA puede reconocer varios codones (mismo aminoácido)
Además se permite asimilar mutaciones en esta posición (mutaciones sinónimas)
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Resumen: Ø Hay 20 aminoácidos
Ø Hay 61 codones para los 20 aminoácidos (reconocidos por tRNAs)
Ø Hay 3 codones de STOP (no reconocidos por tRNAs)
Ø Hay menos de 61 tRNAs difrentes por el bamboleo que se establece para la base 3 (3’) del codón apareada con la base 1 (5’) del anticodón
Ø Debe haber al menos 20 tRNAs diferentes
¡Necesitamos cargar de manera FIDEDIGNA cada tRNA con su aminoácido correspondiente!
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El carboxilo del aminoácido forma un enlace ester con el 3’ de la ribosa del tRNA
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Activación del aminoácido antes de su unión al tRNA. Esta activación se realizapor la aminoacil tRNA sintetasa (AARS) y ATP para dar lugar a un Aminoacil Adenilato (aminoacil AMP)
1ATP
1. Formación de aminoacil-adenilato
2. Síntesis de aminoacil-tRNA
Aminoacilación un tRNA por AARS
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Hay una AARS por cada aminoácido (especificidad)
Fidelidad del código genético!
20 AARS diferentes
Las AARS también reconocen elementos del tRNA que le indican es el apropiado para su aminoácido
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Las AARS tienen dos mecanismos de corrección: para el aminoácido y para el tRNA
Este mecanismo de edición reduce los errores a 1 por cada 40,000aminoacilaciones
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Aminoácidos similares pasan por un doble filtroAminoácidos similares pasan por un doble filtro en las aa-tRNA sintetasasIsoleucil – tRNA sintetasaSitio Catalítico Sitio de edición
El sitio de edición es más pequeño que el catalítico
Leu es demasiado grande para el sitio activo de síntesis
Ile cabe en el sitio de síntesis pero no en el de edición
Val cabe en el sitio de síntesis y en el de edición por lo que es eliminado
Leu
IleVa
l
Garantiza la fidelidad del código genético
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Resultado: tenemos millones de tRNAs aminoacilados; por cada uno se ha gastado 1ATP
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¿Cómo leer un mRNA? ¿A partir de la primer base? ¿Comenzamos por cualquier base? ¿Qué es el marcoabierto de lectura, ORF?
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1. Un ORF comienza por un ATG (Met) y termina con un STOP.
2. En la cadena codificante de la unidad transcripcionalnormalmente solo hay un ORF largo que define la proteínacodificada.
3. Puede haber otros ORFs pero serán muy cortos por la prontapresencia de STOP.
En los genomas:
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Las mutaciones y el Código genéticov Mutación sinónima
v Mutación de error
v Mutación sin sentido
v Mutación de marco
Conservativa
No conservativa
SUSTITUCION
INDEL
AGA AAAArg Lys
básico básico
AGG AGAArg Arg
AGA GGAArg Gly
básico no polar AGA UGAArg Stop
Adición de 1 pb (rojo)AAG ACT CCT AAG AGC TCC T…
Deleción de 1 pb (rojo)AAG ACT CCT AAA CTC CT…
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Consecuencias de mutaciones en INTRONES
Creación de nuevos sitios 5’ splice
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Cada tipo de RNA sufre una forma diferente de procesamiento CO- ó POST- transcripcional
RNAt
RNAm
RNAr
• Remoción deextremos
• Modificación delas bases.
• Adición de -CCA
• Metilación de laribosa.
• Remoción de partesintermedias del pre-RNAr
• Adición del 5’ cap• Corte y empalme
(splicing)• Poliadenilación en 3’