Biosíntesis de proteínas - Protein biosynthesis

Un núcleo dentro de una célula que muestra ADN, ARN y enzimas en las diferentes etapas de la biosíntesis de proteínas.
Biosíntesis de proteínas a partir de la transcripción y modificaciones postranscripcionales en el núcleo. Luego, el ARNm maduro se exporta al citoplasma donde se traduce. A continuación, la cadena polipeptídica se pliega y se modifica postraduccionalmente.

La biosíntesis de proteínas (o síntesis de proteínas ) es un proceso biológico central que ocurre dentro de las células y equilibra la pérdida de proteínas celulares (por degradación o exportación ) mediante la producción de nuevas proteínas. Las proteínas realizan una serie de funciones críticas como enzimas , proteínas estructurales u hormonas . La síntesis de proteínas es un proceso muy similar tanto para procariotas como para eucariotas, pero existen algunas diferencias claras.

La síntesis de proteínas se puede dividir ampliamente en dos fases: transcripción y traducción . Durante la transcripción, una sección de ADN que codifica una proteína, conocida como gen , se convierte en una molécula molde llamada ARN mensajero (ARNm). Esta conversión se lleva a cabo mediante enzimas, conocidas como ARN polimerasas , en el núcleo de la célula . En eucariotas, este ARNm se produce inicialmente en una forma prematura ( pre-ARNm ) que sufre modificaciones postranscripcionales para producir ARNm maduro . El ARNm maduro se exporta desde el núcleo celular a través de poros nucleares al citoplasma de la célula para que se produzca la traducción. Durante la traducción, los ribosomas leen el ARNm que utilizan la secuencia de nucleótidos del ARNm para determinar la secuencia de aminoácidos . Los ribosomas catalizan la formación de enlaces peptídicos covalentes entre los aminoácidos codificados para formar una cadena polipeptídica .

Después de la traducción, la cadena polipeptídica debe plegarse para formar una proteína funcional; por ejemplo, para funcionar como una enzima, la cadena polipeptídica debe plegarse correctamente para producir un sitio activo funcional . Para adoptar una forma funcional tridimensional (3D), la cadena polipeptídica debe formar primero una serie de estructuras subyacentes más pequeñas llamadas estructuras secundarias . La cadena polipeptídica en estas estructuras secundarias luego se pliega para producir la estructura terciaria 3D general . Una vez plegada correctamente, la proteína puede experimentar una mayor maduración a través de diferentes modificaciones postraduccionales . Las modificaciones postraduccionales pueden alterar la capacidad de funcionamiento de la proteína, dónde se encuentra dentro de la célula (por ejemplo, citoplasma o núcleo) y la capacidad de la proteína para interactuar con otras proteínas .

La biosíntesis de proteínas tiene un papel clave en la enfermedad, ya que los cambios y errores en este proceso, a través de mutaciones subyacentes del ADN o plegamiento incorrecto de proteínas, son a menudo las causas subyacentes de una enfermedad. Las mutaciones de ADN cambian la secuencia de ARNm posterior, que luego altera la secuencia de aminoácidos codificada por ARNm. Las mutaciones pueden hacer que la cadena polipeptídica sea más corta al generar una secuencia de parada que provoca la terminación temprana de la traducción. Alternativamente, una mutación en la secuencia de ARNm cambia el aminoácido específico codificado en esa posición en la cadena polipeptídica. Este cambio de aminoácidos puede afectar la capacidad de la proteína para funcionar o plegarse correctamente. Las proteínas mal plegadas a menudo están implicadas en enfermedades, ya que las proteínas plegadas incorrectamente tienden a pegarse para formar densos grupos de proteínas . Estos grupos están relacionados con una variedad de enfermedades, a menudo neurológicas , como la enfermedad de Alzheimer y la enfermedad de Parkinson .

Transcripción

La transcripción ocurre en el núcleo usando ADN como plantilla para producir ARNm. En eucariotas, esta molécula de ARNm se conoce como pre-ARNm ya que sufre modificaciones postranscripcionales en el núcleo para producir una molécula de ARNm madura. Sin embargo, en los procariotas no se requieren modificaciones postranscripcionales, por lo que la molécula de ARNm maduro se produce inmediatamente por transcripción.

Un azúcar de 5 carbonos en forma de pentágono con una base y un grupo fosfato unidos, unidos mediante un enlace fosfodiéster al grupo fosfato de otro nucleótido
Ilustre la estructura de un nucleótido con los 5 carbonos etiquetados demostrando la naturaleza 5 'del grupo fosfato y la naturaleza 3' del grupo hidroxilo necesarios para formar los enlaces fosfodiéster conectivos
Muestra las dos cadenas de polinucleótidos dentro de la molécula de ADN unidas por enlaces de hidrógeno entre pares de bases complementarios.  Una hebra corre en la dirección de 5 'a 3' y las hebras complementarias corren en la dirección opuesta de 3 'a 5' ya que es antiparalela.
Ilustra la direccionalidad intrínseca de la molécula de ADN con la hebra codificadora de 5 'a 3' y la hebra de plantilla complementaria de 3 'a 5'

Inicialmente, una enzima conocida como helicasa actúa sobre la molécula de ADN. El ADN tiene una estructura de doble hélice antiparalela compuesta por dos hebras polinucleotídicas complementarias , unidas por enlaces de hidrógeno entre los pares de bases. La helicasa rompe los enlaces de hidrógeno provocando que una región del ADN, correspondiente a un gen, se desenrolle, separando las dos cadenas de ADN y exponiendo una serie de bases. A pesar de que el ADN es una molécula de doble hebra, solo una de las hebras actúa como molde para la síntesis previa al ARNm; esta hebra se conoce como hebra molde. La otra hebra de ADN (que es complementaria a la hebra molde) se conoce como hebra codificante.

Tanto el ADN como el ARN tienen direccionalidad intrínseca , lo que significa que hay dos extremos distintos de la molécula. Esta propiedad de direccionalidad se debe a las subunidades de nucleótidos subyacentes asimétricas, con un grupo fosfato en un lado del azúcar pentosa y una base en el otro. Los cinco carbonos del azúcar pentosa se numeran del 1 '(donde' significa primo) al 5 '. Por lo tanto, los enlaces fosfodiéster que conectan los nucleótidos se forman uniendo el grupo hidroxilo del carbono 3 'de un nucleótido al grupo fosfato del carbono 5' de otro nucleótido. Por lo tanto, la hebra codificante de ADN corre en una dirección de 5 'a 3' y la hebra de ADN plantilla complementaria corre en la dirección opuesta de 3 'a 5'.

Dos cadenas de ADN separadas con una ARN polimerasa unida a una de las cadenas y una molécula de ARN que sale de la ARN polimerasa.
Ilustra la conversión de la hebra molde de ADN en la molécula de pre-ARNm por la ARN polimerasa.

La enzima ARN polimerasa se une a la hebra molde expuesta y lee el gen en la dirección 3 'a 5'. Simultáneamente, la ARN polimerasa sintetiza una sola hebra de pre-ARNm en la dirección 5'-a-3 'catalizando la formación de enlaces fosfodiéster entre nucleótidos activados (libres en el núcleo) que son capaces de emparejarse de bases complementarias con la hebra molde. . Detrás de la ARN polimerasa en movimiento, las dos hebras de ADN se vuelven a unir, por lo que solo se exponen 12 pares de bases de ADN a la vez. La ARN polimerasa construye la molécula de pre-mRNA a una velocidad de 20 nucleótidos por segundo, lo que permite la producción de miles de moléculas de pre-mRNA del mismo gen en una hora. A pesar de la rápida velocidad de síntesis, la enzima ARN polimerasa contiene su propio mecanismo de corrección de pruebas. Los mecanismos de corrección de pruebas permiten que la ARN polimerasa elimine los nucleótidos incorrectos (que no son complementarios a la hebra molde de ADN) de la molécula de pre-ARNm en crecimiento a través de una reacción de escisión. Cuando las ARN polimerasas alcanzan una secuencia de ADN específica que termina la transcripción, la ARN polimerasa se desprende y se completa la síntesis previa al ARNm.

La molécula de pre-ARNm sintetizada es complementaria a la hebra de ADN molde y comparte la misma secuencia de nucleótidos que la hebra de ADN codificante. Sin embargo, existe una diferencia crucial en la composición de nucleótidos de las moléculas de ADN y ARNm. El ADN está compuesto por las bases: guanina , citosina , adenina y timina (G, C, A y T); el ARN también está compuesto por cuatro bases: guanina, citosina, adenina y uracilo . En las moléculas de ARN, la timina de la base del ADN es reemplazada por uracilo, que es capaz de emparejarse con la adenina. Por lo tanto, en la molécula de pre-ARNm, todas las bases complementarias que serían timina en la cadena de ADN codificante son reemplazadas por uracilo.

Modificaciones postranscripcionales

tres hebras de ARN en diferentes etapas de maduración, la primera hebra contiene solo intrones y exones, la segunda hebra ha ganado un casquete 5 'y una cola 3' y todavía contiene intrones y exones, la tercera hebra tiene el casquete y la cola pero los intrones se han eliminado
Describe el proceso de modificación postranscripcional de pre-mRNA a través del taponamiento, poliadenilación y empalme para producir una molécula de mRNA madura lista para exportar desde el núcleo.

Una vez que se completa la transcripción, la molécula de pre-mRNA sufre modificaciones postranscripcionales para producir una molécula de mRNA madura.

Hay 3 pasos clave dentro de las modificaciones postranscripcionales:

  1. Adición de una tapa 5 'al extremo 5' de la molécula de pre-mRNA
  2. La adición de una cola de poli (A) 3 ' se agrega a la molécula de pre-ARNm del extremo 3'
  3. Eliminación de intrones mediante empalme de ARN

La tapa 5 'se agrega al extremo 5' de la molécula de pre-ARNm y está compuesta por un nucleótido de guanina modificado mediante metilación . El propósito de la tapa 5 'es evitar la degradación de las moléculas de ARNm maduras antes de la traducción, la tapa también ayuda a la unión del ribosoma al ARNm para iniciar la traducción y permite diferenciar el ARNm de otros ARN en la célula. En contraste, la cola 3 'Poly (A) se agrega al extremo 3' de la molécula de ARNm y está compuesta por 100-200 bases de adenina. Estas distintas modificaciones de ARNm permiten a la célula detectar que el mensaje de ARNm completo está intacto si están presentes tanto la tapa 5 'como la cola 3'.

Esta molécula de pre-ARNm modificada luego se somete al proceso de empalme de ARN. Los genes están compuestos por una serie de intrones y exones , los intrones son secuencias de nucleótidos que no codifican una proteína, mientras que los exones son secuencias de nucleótidos que codifican directamente una proteína. Los intrones y exones están presentes tanto en la secuencia de ADN subyacente como en la molécula de pre-ARNm, por lo tanto, para producir una molécula de ARNm madura que codifique una proteína, debe producirse un empalme. Durante el empalme, los intrones que intervienen se eliminan de la molécula de pre-ARNm mediante un complejo de múltiples proteínas conocido como espliceosoma (compuesto por más de 150 proteínas y ARN). Esta molécula de ARNm maduro se exporta luego al citoplasma a través de los poros nucleares en la envoltura del núcleo.

Traducción

Cinco hebras de ARNm, todas con un ribosoma unido en diferentes etapas de traducción.  La primera hebra tiene un ribosoma y un tRNA que lleva su base de aminoácidos que se empareja con el mRNA, la segunda hebra tiene un ribosoma y un segundo tRNA que lleva una base de aminoácidos que se empareja con el mRNA, la tercera hebra tiene el ribosoma que cataliza un enlace peptídico entre los dos aminoácidos de los dos tRNA.  La cuarta hebra tiene el primer ARNt que sale del ribosoma y un tercer ARNt con su aminoácido llegando.  La quinta hebra tiene el ribosoma que cataliza un enlace peptídico entre los aminoácidos en el segundo y tercer tRNA con una flecha que indica que el ciclo continúa.
Ilustra el proceso de traducción que muestra el ciclo del emparejamiento de codón-anti-codón del ARNt y la incorporación de aminoácidos en la cadena polipeptídica en crecimiento por parte del ribosoma.
Un ribosoma en una hebra de ARNm con el ARNt que llega, realiza el emparejamiento de bases codón-anti-codón, entrega su aminoácido a la cadena polipeptídica en crecimiento y se va. Demuestra la acción del ribosoma como una máquina biológica que funciona a nanoescala para realizar la traducción. El ribosoma se mueve a lo largo de la molécula de ARNm maduro incorporando ARNt y produciendo una cadena polipeptídica.

Durante la traducción, los ribosomas sintetizan cadenas polipeptídicas a partir de moléculas de plantilla de ARNm. En eucariotas, la traducción se produce en el citoplasma de la célula, donde los ribosomas se encuentran flotando libremente o adheridos al retículo endoplásmico . En los procariotas, que carecen de núcleo, los procesos de transcripción y traducción ocurren en el citoplasma.

Los ribosomas son máquinas moleculares complejas , hechas de una mezcla de proteína y ARN ribosómico , organizadas en dos subunidades (una subunidad grande y una pequeña), que rodean la molécula de ARNm. El ribosoma lee la molécula de ARNm en una dirección 5'-3 'y la usa como plantilla para determinar el orden de los aminoácidos en la cadena polipeptídica. Para traducir la molécula de ARNm, el ribosoma usa moléculas pequeñas, conocidas como ARN de transferencia (ARNt), para entregar los aminoácidos correctos al ribosoma. Cada ARNt está compuesto por 70-80 nucleótidos y adopta una estructura característica de hoja de trébol debido a la formación de enlaces de hidrógeno entre los nucleótidos dentro de la molécula. Hay alrededor de 60 tipos diferentes de ARNt, cada ARNt se une a una secuencia específica de tres nucleótidos (conocida como codón ) dentro de la molécula de ARNm y entrega un aminoácido específico.

El ribosoma inicialmente se une al ARNm en el codón de inicio (AUG) y comienza a traducir la molécula. La secuencia de nucleótidos del ARNm se lee en tripletes : tres nucleótidos adyacentes en la molécula de ARNm corresponden a un solo codón. Cada ARNt tiene una secuencia expuesta de tres nucleótidos, conocidos como anticodón, que son complementarios en secuencia a un codón específico que puede estar presente en el ARNm. Por ejemplo, el primer codón encontrado es el codón de inicio compuesto por los nucleótidos AUG. El ARNt correcto con el anticodón (secuencia complementaria de 3 nucleótidos UAC) se une al ARNm utilizando el ribosoma. Este ARNt entrega el aminoácido correcto correspondiente al codón del ARNm, en el caso del codón de inicio, este es el aminoácido metionina. El siguiente codón (adyacente al codón de inicio) se une luego al ARNt correcto con el anticodón complementario, entregando el siguiente aminoácido al ribosoma. El ribosoma luego usa su actividad enzimática de peptidil transferasa para catalizar la formación del enlace peptídico covalente entre los dos aminoácidos adyacentes.

El ribosoma luego se mueve a lo largo de la molécula de ARNm hasta el tercer codón. Luego, el ribosoma libera la primera molécula de ARNt, ya que solo dos moléculas de ARNt pueden ser unidas por un solo ribosoma a la vez. Se selecciona el siguiente ARNt complementario con el anticodón correcto complementario del tercer codón, entregando el siguiente aminoácido al ribosoma que se une covalentemente a la cadena polipeptídica en crecimiento. Este proceso continúa con el ribosoma moviéndose a lo largo de la molécula de ARNm añadiendo hasta 15 aminoácidos por segundo a la cadena polipeptídica. Detrás del primer ribosoma, hasta 50 ribosomas adicionales pueden unirse a la molécula de ARNm formando un polisoma , lo que permite la síntesis simultánea de múltiples cadenas polipeptídicas idénticas. La terminación de la cadena polipeptídica en crecimiento ocurre cuando el ribosoma encuentra un codón de parada (UAA, UAG o UGA) en la molécula de ARNm. Cuando esto ocurre, ningún ARNt puede reconocerlo y un factor de liberación induce la liberación de la cadena polipeptídica completa del ribosoma. El Dr. Har Gobind Khorana , un científico originario de la India, decodificó las secuencias de ARN de unos 20 aminoácidos. Fue galardonado con el Premio Nobel en 1968, junto con otros dos científicos, por su trabajo.

Plegado de proteínas

tres cadenas polipeptídicas individuales en diferentes niveles de plegamiento y un grupo de cadenas
Muestra el proceso de plegamiento de una cadena polipeptídica desde su estructura primaria inicial hasta la estructura cuaternaria.

Una vez que se completa la síntesis de la cadena polipeptídica, la cadena polipeptídica se pliega para adoptar una estructura específica que permite que la proteína lleve a cabo sus funciones. La forma básica de la estructura de la proteína se conoce como estructura primaria , que es simplemente la cadena polipeptídica, es decir, una secuencia de aminoácidos unidos covalentemente. La estructura primaria de una proteína está codificada por un gen. Por lo tanto, cualquier cambio en la secuencia del gen puede alterar la estructura primaria de la proteína y todos los niveles subsiguientes de la estructura de la proteína, cambiando finalmente la estructura y función general.

La estructura primaria de una proteína (la cadena polipeptídica) se puede plegar o enrollar para formar la estructura secundaria de la proteína. Los tipos más comunes de estructura secundaria se conocen como hélice alfa o lámina beta , estas son pequeñas estructuras producidas por enlaces de hidrógeno que se forman dentro de la cadena polipeptídica. Esta estructura secundaria luego se pliega para producir la estructura terciaria de la proteína. La estructura terciaria es la estructura 3D general de las proteínas que está formada por diferentes estructuras secundarias que se pliegan juntas. En la estructura terciaria, las características clave de la proteína, por ejemplo, el sitio activo, se pliegan y forman permitiendo que la proteína funcione. Finalmente, algunas proteínas pueden adoptar una estructura cuaternaria compleja . La mayoría de las proteínas están compuestas por una sola cadena polipeptídica, sin embargo, algunas proteínas están compuestas por múltiples cadenas polipeptídicas (conocidas como subunidades) que se pliegan e interactúan para formar la estructura cuaternaria. Por tanto, la proteína global es un complejo de múltiples subunidades compuesto de múltiples subunidades de cadena polipeptídica plegadas, por ejemplo, hemoglobina .

Modificaciones postraduccionales

Cuando la proteína se pliega en el estado 3D funcional y maduro, no es necesariamente el final de la ruta de maduración de la proteína. Una proteína plegada aún puede someterse a un procesamiento adicional mediante modificaciones postraduccionales. Hay más de 200 tipos conocidos de modificación postraduccional, estas modificaciones pueden alterar la actividad de la proteína, la capacidad de la proteína para interactuar con otras proteínas y dónde se encuentra la proteína dentro de la célula, por ejemplo, en el núcleo celular o el citoplasma. Mediante modificaciones postraduccionales, la diversidad de proteínas codificadas por el genoma se expande de 2 a 3 órdenes de magnitud .

Hay cuatro clases clave de modificación postraduccional:

  1. Escote
  2. Adición de grupos químicos
  3. Adición de moléculas complejas
  4. Formación de enlaces intramoleculares.

Escote

Dos cadenas polipeptídicas, una cadena está intacta con tres flechas que indican sitios de escisión de proteasa en la cadena y enlaces disulfuro intermoleculares.  La segunda cadena está en tres piezas conectadas por enlaces disulfuro.
Muestra una modificación postraduccional de la proteína mediante escisión por proteasa, lo que ilustra que los enlaces preexistentes se retienen incluso si se escinde la cadena polipeptídica.

La escisión de proteínas es una modificación postraduccional irreversible realizada por enzimas conocidas como proteasas . Estas proteasas son a menudo muy específicas y provocan la hidrólisis de un número limitado de enlaces peptídicos dentro de la proteína diana. La proteína acortada resultante tiene una cadena polipeptídica alterada con diferentes aminoácidos al principio y al final de la cadena. Esta modificación postraduccional a menudo altera la función de las proteínas, la proteína puede ser inactivada o activada por la escisión y puede mostrar nuevas actividades biológicas.

Adición de grupos químicos

Tres cadenas polipeptídicas mostrando una cadena lateral de aminoácidos, dos tienen una lisina y una tiene una serina.  Tres flechas que indican diferentes modificaciones postraduccionales con el nuevo grupo químico agregado a cada cadena lateral.  La primera es metilación, luego acetilación seguida de fosforilación.
Muestra la modificación postraduccional de la proteína por metilación, acetilación y fosforilación.

Después de la traducción, se pueden agregar pequeños grupos químicos a los aminoácidos dentro de la estructura de la proteína madura. Ejemplos de procesos que agregan grupos químicos a la proteína diana incluyen metilación, acetilación y fosforilación .

La metilación es la adición reversible de un grupo metilo a un aminoácido catalizado por enzimas metiltransferasas . La metilación ocurre en al menos 9 de los 20 aminoácidos comunes, sin embargo, ocurre principalmente en los aminoácidos lisina y arginina . Un ejemplo de una proteína que comúnmente está metilada es una histona . Las histonas son proteínas que se encuentran en el núcleo de la célula. El ADN está envuelto firmemente alrededor de las histonas y se mantiene en su lugar mediante otras proteínas y las interacciones entre las cargas negativas en el ADN y las cargas positivas en la histona. Se usa un patrón altamente específico de metilación de aminoácidos en las proteínas histonas para determinar qué regiones de ADN están enrolladas de manera apretada y no se pueden transcribir y qué regiones están enrolladas de manera suelta y pueden transcribirse.

La regulación de la transcripción del ADN basada en histonas también se modifica mediante acetilación. La acetilación es la adición covalente reversible de un grupo acetilo a un aminoácido lisina por la enzima acetiltransferasa . El grupo acetilo se elimina de una molécula donante conocida como acetil coenzima A y se transfiere a la proteína diana. Las histonas experimentan acetilación en sus residuos de lisina por enzimas conocidas como histona acetiltransferasa . El efecto de la acetilación es debilitar las interacciones de carga entre la histona y el ADN, lo que hace que más genes del ADN sean accesibles para la transcripción.

La última modificación del grupo químico postraduccional prevalente es la fosforilación. La fosforilación es la adición covalente reversible de un grupo fosfato a aminoácidos específicos ( serina , treonina y tirosina ) dentro de la proteína. El grupo fosfato se elimina de la molécula donante ATP mediante una proteína quinasa y se transfiere al grupo hidroxilo del aminoácido diana, lo que produce difosfato de adenosina como un biproducto. Este proceso puede revertirse y el grupo fosfato puede ser eliminado por la enzima proteína fosfatasa . La fosforilación puede crear un sitio de unión en la proteína fosforilada que le permite interactuar con otras proteínas y generar grandes complejos de múltiples proteínas. Alternativamente, la fosforilación puede cambiar el nivel de actividad de la proteína al alterar la capacidad de la proteína para unirse a su sustrato.

Adición de moléculas complejas

Dos cadenas polipeptídicas, una con una cadena lateral de asparagina expuesta y un polisacárido unido al átomo de nitrógeno dentro de la asparagina.  El otro polipéptido tiene una cadena lateral de serina expuesta y el núcleo de un polisacárido unido al átomo de oxígeno dentro de la serina.
Ilustra la diferencia de estructura entre la glicosilación ligada a N y ligada a O en una cadena polipeptídica.

Las modificaciones postraduccionales pueden incorporar moléculas grandes más complejas en la estructura de la proteína plegada. Un ejemplo común de esto es la glicosilación , la adición de una molécula de polisacárido, que se considera ampliamente como la modificación postraduccional más común.

En la glicosilación, una molécula de polisacárido (conocida como glicano ) se agrega covalentemente a la proteína diana mediante enzimas glicosiltransferasas y se modifica mediante glicosidasas en el retículo endoplásmico y el aparato de Golgi . La glicosilación puede tener un papel fundamental en la determinación de la estructura tridimensional plegada final de la proteína diana. En algunos casos, la glicosilación es necesaria para un plegado correcto. La glicosilación ligada a N promueve el plegamiento de proteínas al aumentar la solubilidad y media la unión de proteínas a las proteínas chaperonas . Las chaperonas son proteínas responsables de plegar y mantener la estructura de otras proteínas.

Hay en general dos tipos de glicosilación, glicosilación ligada a N y O-glicosilación . La glicosilación ligada a N comienza en el retículo endoplásmico con la adición de un glicano precursor. El glucano precursor se modifica en el aparato de Golgi para producir glucano complejo unido covalentemente al nitrógeno en un aminoácido asparagina . Por el contrario, la glicosilación ligada a O es la adición covalente secuencial de azúcares individuales sobre el oxígeno en los aminoácidos serina y treonina dentro de la estructura de la proteína madura.

Formación de enlaces covalentes.

Formación de un enlace disulfuro entre dos aminoácidos cisteína dentro de una única cadena polipeptídica y formación de un enlace disulfuro entre dos aminoácidos cisteína en diferentes cadenas polipeptídicas, uniendo así las dos cadenas.
Muestra la formación de enlaces covalentes disulfuro como modificación postraduccional. Los enlaces disulfuro pueden formarse dentro de una sola cadena polipeptídica (izquierda) o entre cadenas polipeptídicas en un complejo proteico de múltiples subunidades (derecha).

Muchas proteínas producidas dentro de la célula se secretan fuera de la célula para funcionar como proteínas extracelulares . Las proteínas extracelulares están expuestas a una amplia variedad de condiciones. Para estabilizar la estructura de la proteína 3D, se forman enlaces covalentes dentro de la proteína o entre las diferentes cadenas polipeptídicas en la estructura cuaternaria. El tipo más frecuente es un enlace disulfuro (también conocido como puente disulfuro). Se forma un enlace disulfuro entre dos aminoácidos de cisteína utilizando sus grupos químicos de cadena lateral que contienen un átomo de azufre, estos grupos químicos se conocen como grupos funcionales tiol . Los enlaces disulfuro actúan para estabilizar la estructura preexistente de la proteína. Los enlaces disulfuro se forman en una reacción de oxidación entre dos grupos tiol y, por lo tanto, necesitan un entorno oxidante para reaccionar. Como resultado, los enlaces disulfuro se forman típicamente en el entorno oxidante del retículo endoplásmico catalizados por enzimas llamadas proteínas disulfuro isomerasas. Los enlaces disulfuro rara vez se forman en el citoplasma, ya que es un entorno reductor.

Papel de la síntesis de proteínas en la enfermedad

Muchas enfermedades son causadas por mutaciones en genes, debido a la conexión directa entre la secuencia de nucleótidos del ADN y la secuencia de aminoácidos de la proteína codificada. Los cambios en la estructura primaria de la proteína pueden resultar en un plegamiento incorrecto o un mal funcionamiento de la proteína. Las mutaciones dentro de un solo gen se han identificado como una causa de múltiples enfermedades, incluida la anemia de células falciformes , conocida como trastornos de un solo gen.

Anemia drepanocítica

Se muestran dos vasos sanguíneos curvados, a la izquierda un vaso sanguíneo contiene glóbulos rojos normales en todo el vaso.  A la derecha, los glóbulos rojos tienen forma de plato debido a que están falciformes, un bloqueo compuesto por estos glóbulos rojos distorsionados está presente en la curva del vaso sanguíneo.
Una comparación entre un individuo sano y un enfermo de anemia de células falciformes que ilustra las diferentes formas de los glóbulos rojos y el diferente flujo sanguíneo dentro de los vasos sanguíneos.

La anemia de células falciformes es un grupo de enfermedades causadas por una mutación en una subunidad de la hemoglobina, una proteína que se encuentra en los glóbulos rojos responsable del transporte de oxígeno. La más peligrosa de las enfermedades de células falciformes se conoce como anemia de células falciformes. La anemia de células falciformes es el trastorno homocigótico recesivo de un solo gen más común , lo que significa que la víctima debe portar una mutación en ambas copias del gen afectado (una heredada de cada padre) para sufrir la enfermedad. La hemoglobina tiene una estructura cuaternaria compleja y está compuesta por cuatro subunidades polipeptídicas: dos subunidades A y dos subunidades B. Los pacientes que padecen anemia de células falciformes tienen una mutación sin sentido o de sustitución en el gen que codifica la cadena polipeptídica de la subunidad B de la hemoglobina. Una mutación sin sentido significa que la mutación de nucleótidos altera el triplete de codones general de modo que un aminoácido diferente se empareja con el nuevo codón. En el caso de la anemia de células falciformes, la mutación sin sentido más común es una mutación de un solo nucleótido de timina a adenina en el gen de la subunidad B de la hemoglobina. Esto cambia el codón 6 de codificar el aminoácido ácido glutámico a codificar valina.

Este cambio en la estructura primaria de la cadena polipeptídica de la subunidad de hemoglobina B altera la funcionalidad del complejo de múltiples subunidades de hemoglobina en condiciones de bajo oxígeno. Cuando los glóbulos rojos descargan oxígeno en los tejidos del cuerpo, la proteína de hemoglobina mutada comienza a pegarse para formar una estructura semisólida dentro del glóbulo rojo. Esto distorsiona la forma del glóbulo rojo, lo que da como resultado la característica forma de "hoz" y reduce la flexibilidad celular. Este glóbulo rojo rígido y distorsionado puede acumularse en los vasos sanguíneos creando un bloqueo. El bloqueo impide el flujo sanguíneo a los tejidos y puede provocar la muerte del tejido, lo que provoca un gran dolor en el individuo.

Ver también

Referencias

enlaces externos