La traducción bacteriana es el proceso mediante el cual el ARN mensajero se traduce en proteínas en las bacterias .
Iniciación
El inicio de la traducción en bacterias implica el ensamblaje de los componentes del sistema de traducción, que son: las dos subunidades ribosómicas (subunidades 50S y 30S ); el ARNm maduro a traducir; el ARNt cargado con N-formilmetionina (el primer aminoácido del péptido naciente); trifosfato de guanosina (GTP) como fuente de energía, y los tres factores de iniciación procarióticos IF1 , IF2 e IF3 , que ayudan al ensamblaje del complejo de iniciación. Se pueden anticipar variaciones en el mecanismo.
El ribosoma tiene tres sitios activos: el sitio A, el sitio P y el sitio E. El sitio A es el punto de entrada para el ARNt de aminoacilo (excepto para el primer ARNt de aminoacilo, que ingresa por el sitio P). El sitio P es donde se forma el peptidil tRNA en el ribosoma. Y el sitio E, que es el sitio de salida del ARNt ahora sin carga después de que da su aminoácido a la cadena de péptidos en crecimiento.
La selección de un sitio de iniciación (generalmente un codón AUG) depende de la interacción entre la subunidad 30S y la plantilla de ARNm. La subunidad 30S se une a la plantilla de ARNm en una región rica en purina (la secuencia de Shine-Dalgarno ) corriente arriba del codón de iniciación AUG. La secuencia de Shine-Dalgarno es complementaria a una región rica en pirimidina en el componente de ARNr 16S de la subunidad 30S. Esta secuencia se ha conservado evolutivamente y juega un papel importante en el mundo microbiano que conocemos hoy. Durante la formación del complejo de iniciación, estas secuencias de nucleótidos complementarias se emparejan para formar una estructura de ARN bicatenario que une el ARNm al ribosoma de tal manera que el codón de iniciación se coloca en el sitio P.
Las regiones codificantes bien conocidas que no tienen codones de iniciación AUG son las de lacI (GUG) [1] y lacA (UUG) en el operón lac de E. coli . [2] Dos estudios han demostrado de forma independiente que 17 o más codones de inicio que no son AUG pueden iniciar la traducción en E. coli . [3] [4]
Alargamiento
El alargamiento de la cadena polipeptídica implica la adición de aminoácidos al extremo carboxilo de la cadena en crecimiento. La proteína en crecimiento sale del ribosoma a través del túnel de salida del polipéptido en la subunidad grande. [5]
El alargamiento comienza cuando el fMet-tRNA ingresa al sitio P, provocando un cambio conformacional que abre el sitio A para que se una el nuevo aminoacil-tRNA. Esta unión se ve facilitada por el factor de elongación Tu (EF-Tu), una pequeña GTPasa . Para un reconocimiento rápido y preciso del ARNt apropiado, el ribosoma utiliza grandes cambios conformacionales ( corrección conformacional ). [6] Ahora, el sitio P contiene el comienzo de la cadena peptídica de la proteína que se codificará y el sitio A tiene el siguiente aminoácido que se agregará a la cadena peptídica. El polipéptido en crecimiento conectado al ARNt en el sitio P se separa del ARNt en el sitio P y se forma un enlace peptídico entre los últimos aminoácidos del polipéptido y el aminoácido todavía unido al ARNt en el sitio A. Este proceso, conocido como formación de enlaces peptídicos , es catalizado por una ribozima (el ARN ribosómico 23S en la subunidad ribosómica 50S). Ahora, el sitio A tiene el péptido recién formado, mientras que el sitio P tiene un ARNt sin carga (ARNt sin aminoácidos). El péptido recién formado en el ARNt del sitio A se conoce como dipéptido y el conjunto completo se denomina dipeptidil-ARNt . Se sabe que el ARNt en el sitio P menos el aminoácido está desacilado . En la etapa final de elongación, llamada translocación , el ARNt desacilado (en el sitio P) y el ARNt dipeptidil (en el sitio A) junto con sus codones correspondientes se mueven a los sitios E y P, respectivamente, y se mueve un nuevo codón. en el sitio A. Este proceso está catalizado por el factor de alargamiento G (EF-G). El tRNA desacilado en el sitio E es liberado del ribosoma durante la siguiente ocupación del sitio A por un aminoacil-tRNA facilitado nuevamente por EF-Tu. [7]
El ribosoma continúa traduciendo los codones restantes en el ARNm a medida que más aminoacil-ARNt se unen al sitio A, hasta que el ribosoma alcanza un codón de terminación en el ARNm (UAA, UGA o UAG).
La maquinaria de traducción funciona con relativa lentitud en comparación con los sistemas enzimáticos que catalizan la replicación del ADN. Las proteínas en las bacterias se sintetizan a una velocidad de solo 18 residuos de aminoácidos por segundo, mientras que los replisomas bacterianos sintetizan ADN a una velocidad de 1000 nucleótidos por segundo. Esta diferencia de velocidad refleja, en parte, la diferencia entre polimerizar cuatro tipos de nucleótidos para producir ácidos nucleicos y polimerizar 20 tipos de aminoácidos para producir proteínas. Probar y rechazar moléculas de aminoacil-tRNA incorrectas lleva tiempo y ralentiza la síntesis de proteínas. En las bacterias, el inicio de la traducción se produce tan pronto como se sintetiza el extremo 5 'de un ARNm y se acoplan la traducción y la transcripción. Esto no es posible en eucariotas porque la transcripción y traducción se llevan a cabo en compartimentos separados de la célula (núcleo y citoplasma).
Terminación
La terminación ocurre cuando uno de los tres codones de terminación se mueve hacia el sitio A. Estos codones no son reconocidos por ningún ARNt. En cambio, son reconocidos por proteínas llamadas factores de liberación , a saber, RF1 (que reconoce los codones de terminación UAA y UAG) o RF2 (que reconoce los codones de terminación UAA y UGA). Estos factores desencadenan la hidrólisis del enlace éster en el peptidil-ARNt y la liberación de la proteína recién sintetizada del ribosoma. Un tercer factor de liberación RF-3 cataliza la liberación de RF-1 y RF-2 al final del proceso de terminación.
Reciclaje
El complejo posterior a la terminación formado al final de la etapa de terminación consta de ARNm con el codón de terminación en el sitio A, un ARNt no cargado en el sitio P y el ribosoma 70S intacto. El paso de reciclaje de ribosomas es responsable del desmontaje del complejo ribosómico posterior a la terminación. [8] Una vez que la proteína naciente se libera en la terminación, el factor de reciclaje del ribosoma y el factor de elongación G (EF-G) funcionan para liberar ARNm y ARNt de los ribosomas y disociar el ribosoma 70S en las subunidades 30S y 50S. IF3 luego reemplaza el ARNt desacilado liberando el ARNm. Todos los componentes de traducción ahora son gratuitos para rondas de traducción adicionales.
Dependiendo del tRNA, IF1 - IF3 también puede realizar el reciclaje. [9]
Polisomas
La traducción es realizada por más de un ribosoma simultáneamente. Debido al tamaño relativamente grande de los ribosomas, solo pueden unirse a sitios en el ARNm con 35 nucleótidos de distancia. El complejo de un ARNm y varios ribosomas se denomina polisoma o polirribosoma. [10]
Regulación de la traducción
Cuando las células bacterianas se quedan sin nutrientes, entran en la fase estacionaria y regulan negativamente la síntesis de proteínas. Varios procesos median esta transición. [11] Por ejemplo, en E. coli , los ribosomas 70S forman dímeros 90S al unirse con una pequeña proteína de 6,5 kDa, el factor de modulación del ribosoma RMF. [12] [13] Estos dímeros de ribosoma intermedios pueden posteriormente unirse a una molécula de factor de promoción de la hibernación (la proteína de 10,8 kDa, HPF) para formar una partícula ribosomal 100S madura, en la que la interfaz de dimerización está formada por las dos subunidades 30S de los dos participantes. ribosomas. [14] Los dímeros de los ribosomas representan un estado de hibernación y son traduccionalmente inactivos. [15] Una tercera proteína que puede unirse a los ribosomas cuando las células de E. coli entran en la fase estacionaria es YfiA (anteriormente conocida como RaiA). [16] HPF e YfiA son estructuralmente similares y ambas proteínas pueden unirse a los sitios catalíticos A y P del ribosoma. [17] [18] El RMF bloquea la unión del ribosoma al ARNm al evitar la interacción del mensajero con el ARNr 16S. [19] Cuando se une a los ribosomas, la cola C-terminal de E. coli YfiA interfiere con la unión de RMF, lo que evita la dimerización y da como resultado la formación de ribosomas 70S monoméricos inactivos en la traducción. [19] [20]
Además de la dimerización del ribosoma, la unión de las dos subunidades ribosómicas puede bloquearse mediante RsfS (antes llamado RsfA o YbeB). [21] RsfS se une a L14, una proteína de la subunidad ribosomal grande, y por lo tanto bloquea la unión de la subunidad pequeña para formar un ribosoma 70S funcional, lo que ralentiza o bloquea la traducción por completo. Las proteínas RsfS se encuentran en casi todas las eubacterias (pero no en las arqueas ) y los homólogos están presentes en las mitocondrias y los cloroplastos (donde se denominan C7orf30 y iojap , respectivamente). Sin embargo, aún no se sabe cómo se regula la expresión o actividad de RsfS.
Otro factor de disociación de ribosomas en Escherichia coli es HflX , anteriormente una GTPasa de función desconocida. Zhang y col. (2015) demostraron que HflX es un factor de división de ribosomas inducido por choque térmico capaz de disociar los ribosomas vacíos y asociados con ARNm. El dominio efector N-terminal de HflX se une al centro de la peptidil transferasa de una manera sorprendentemente similar a la de los factores de liberación de clase I e induce cambios conformacionales dramáticos en los puentes entre subunidades centrales, promoviendo así la disociación de subunidades. En consecuencia, la pérdida de HflX da como resultado un aumento de los ribosomas estancados tras el choque térmico y posiblemente otras condiciones de estrés. [22]
Efecto de los antibióticos
Varios antibióticos ejercen su acción dirigiéndose al proceso de traducción en bacterias. Explotan las diferencias entre los mecanismos de traducción procariotas y eucariotas para inhibir selectivamente la síntesis de proteínas en bacterias sin afectar al huésped.
Ver también
- Factores de iniciación procariotas
- Factores de elongación procariota
Referencias
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