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BIOSINTESIS
Las bacterias sintetizan las sustancias químicas
a partir de los nutrientes. Estas sustancias son:
1.- Sustancias Nitrogenadas
1.a Proteínas
1.b Ácidos Nucleicos
2.- Carbohidratos
3.- Lípidos
1.a SÍNTESIS DE PROTEÍNAS
a.- Síntesis del Esqueleto Carbonado
El acido glutámico es el aminoácido más
importante a partir del cual las bacterias
sintetizan otros aminoácidos. Se transforma
en otros aminoácidos por dos mecanismos:
a.1 Transaminación
a.2 Alteración de la estructura molecular
A.1 TRANSAMINACIÓN
El grupo amino del ac. glutámico, se
intercambia por un átomo de oxígeno de
diversos ácidos orgánicos convirtiéndolos en
aminoácidos.
Por ejemplo: síntesis de alanina a partir de
transaminación del ac. pirúbico
Ac. Glutámico (-NH2) + ac. Pirúbico (=O)
Ac. A-cetaglutámico (=O) + Alanina (-NH2)
Alteración de la Estructura
Molecular
Estos cambios requieren energía en forma de
ATP:
Ac. glutámico + ATP + NADH2
Semialdheido
del ac. Glutámico + ADP + P + NAD
H2O +
Pirrolina-5-ac. Carboxílico + NADPH2
Prolina + NAD
Síntesis de la Proteínas
La síntesis de proteínas o traducción del ARN es el proceso
anabólico mediante el cual se forman las proteínas a partir
de los aminoácidos. Es el paso siguiente a la transcripción
del ADN a ARN. Como existen 20 aminoácidos diferentes y
sólo hay cuatro nucleótidos en el ARN (Adenina, Uracilo,
Citosina y Guanina), es evidente que la relación no puede
ser un aminoácido por cada nucleótido, ni tampoco por
cada dos nucleótidos, ya que los cuatro tomados de dos en
dos, sólo dan dieciséis posibilidades. La colinearidad debe
establecerse como mínimo entre cada aminoácido y
tripletes de nucleótidos. Como hay sesenta y cuatro
tripletes diferentes (combinación de cuatro elementos o
nucleótidos tomados de tres en tres con repetición), es
obvio que algunos aminoácidos deben tener
correspondencia con varios tripletes diferentes. Los
tripletes que codifican aminoácidos se denominan codones
En la biosíntesis de proteínas se pueden distinguir las siguientes etapas:
a) Activación de los aminoácidos.
b) Traducción:
Iniciación de la síntesis.
Elongación de la cadena polipeptídica.
Terminación de la síntesis.
c) Asociación de varias cadenas polipeptídicas y a veces de grupos prostésicos
para constituir las proteínas.
La síntesis de proteínas o traducción tiene lugar en los ribosomas del citoplasma
celular. Los aminoácidos son transportados por el ARN de transferencia (ARNt),
específico para cada uno de ellos, y son llevados hasta el ARN mensajero (ARNm),
donde se aparean el codón de éste y el anticodón del ARN de transferencia, por
complementariedad de bases, y de ésta forma se sitúan en la posición que les
corresponde.
Una vez finalizada la síntesis de una proteína, el ARN mensajero queda libre y
puede ser leído de nuevo. De hecho, es muy frecuente que antes de que finalice
una proteína ya está comenzando otra, con lo cual, una misma molécula de ARN
mensajero, está siendo utilizada por varios ribosomas simultáneamente.
Activación de los aminoácidos Los aminoácidos en presencia de la enzima
aminoacil-ARNt-sintetasa y de ATP son capaces de unirse a un ARN de
transferencia específico y dan lugar a un aminoacil-ARNt, liberándose AMP, fosfato
y quedando libre la enzima, que vuelve a actuar.
INICIACIÓN DE LA SÍNTESIS DE PROTEÍNAS
Es la primera etapa de la traducción o síntesis de
proteínas. El ARNm se une a la subunidad menor de los
ribosomas. A éstos se asocia el aminoacil-ARNt, gracias
a que el ARNt tiene en una de sus asas un triplete de
nucleótidos denominado anticodón, que se asocia al
primer triplete codón del ARNm según la
complementariedad de las bases. A este grupo de
moléculas se une la subunidad ribosómica mayor,
formándose el complejo ribosomal o complejo activo.
Todos estos procesos están catalizados por los
llamados factores de iniciación (FI). El primer triplete o
codón que se traduce es generalmente el AUG, que
corresponde con el aminoácido metionina en
eucariotas. En procariotas es la fenilmetionina
Los ribosomas están compuestos por dos subunidades
Los mecanismos para alinear a los aminoacil ARNtAA de acuerdo con el
orden de los codones del ARNm son algo complicados. Requieren de los
ribosomas cuya primera tarea es localizar al codón AUG de iniciación y
acomodarlo correctamente para que el encuadre de ese triplete y el de los
siguientes sea el adecuado.
Luego el ribosoma se desliza hacia el extremo 3´del ARNm y traduce a los
sucesivos tripletes en aminoácidos. Estos son traídos – de a uno por vez –
por los respectivos ARNt. Las reacciones que ligan a los aminoácidos entre
sí - es decir , las uniones peptídicas - se producen dentro del ribosoma .
Finalmente, cuando el ribosoma arriba al codón de terminación – en el
extremo 3´del ARNm – cesa la síntesis proteica y se libera la proteína.
Como podemos notar, los ribosomas constituyen las "fábricas de las
proteínas"
Cada ribosoma está compuesto por dos subunidades - una mayor y otra
menor – identificadas con las siglas 40S y 60S respectivamente (los
números hacen referencia a los coeficientes de sedimentación de las
subunidades, es decir a las velocidades con que sedimentan cuando son
ultracentrifugadas, la 60S migra más rápido al fondo del tubo).
Por otro lado en la subunidad mayor las proteínas ribosómicas formarían
un túnel por el que saldría la cadena polipeptídica a medida que se
sintetiza
ELONGACIÓN DE LA CADENA POLIPEPTÍDICA
El complejo ribosomal posee dos sitios de unión o centros. El
centro peptidil o centro P, donde se sitúa el primero aminoacilARNt y el centro aceptor de nuevos aminoacil-ARNt o centro A.
El radical carboxilo (-COOH) del aminoácido iniciado se une con
el radical amino (NH2) del aminoácido siguiente mediante
enlace peptídico. Esta unión es catalizada por la enzima
peptidil-transferasa. El centro P queda pues ocupado por un
ARNt sin aminoácido. El ARNt sin aminoácido sale del
ribosoma. Se produce la translocación ribosomal. El dipeptilARNt queda ahora en el centro P. Todo ello es catalizado por los
factores de elongación (FE) y precisa GTP. Según la terminación
del tercer codón, aparece el tercer aminoacil-ARNt y ocupa el
centro A. Luego se forma el tripéptido en A y posteriormente el
ribosoma realiza su segunda translocación. Estos pasos se
pueden repetir múltiples veces, hasta cientos de veces, según
el número de aminoácidos que contenga el polipéptido.
TERMINACIÓN DE LA SÍNTESIS DE LA CADENA
POLIPEPTÍDICA
El final de la síntesis se presenta por los llamados tripletes
sin sentido, también denominados codones stop. Son tres:
UAA, UAG y UGA. No existe ningún ARNt cuyo anticodón
sea complementario de ellos y, por lo tanto, la biosíntesis
del polipéptido se interrumpe. Indican que la cadena
polipeptídica ya ha terminado. Este proceso viene regulado
por los factores de liberación, de naturaleza proteica, que
se sitúan en el sitio A y hacen que la peptidil-transferasa
separe, por hidrólisis, la cadena polipeptídica del ARNt. Un
ARNm, si es lo suficientemente largo, puede ser leído o
traducido, por varios ribosomas a la vez, uno detrás de
otro. Al microscopio electrónico, se observa como un
rosario de ribosomas, que se denomina polirribosoma o
polisoma.
1.B Ácidos Nucleicos
Los aminoácidos son utilizados también para sintetizar
nucleótidos Existen dos tipos de nucleótidos según el azúcar
que contengan:
Ribonucleótidos ribosa síntesis RNA
Desoxirribonucleótido desoxirribosa sintesis ADN
Estos nucleótidos se clasifican en dos grupos según la base
nitrogenada que contengan:
Purina: adenina o guanina
Pirimidina : citosina, timina o uracilo
En la biosintesis de las purinas se requiere los aminoacidos
glicina, aspartico y glutamina mas energía en forma de
ATP y GTP
En la biosíntesis de las purinas se requieren
los aminoácidos glutamina y acido acido
aspartico y energía en forma de ATP.
En ambos casos la Ribosa se obtiene a partir
de glucosa.
Una ves sintetizados los nucleótidos se activan
mediante dos moléculas de ATP
2. Carbohidratos
Los microorganismos sintetizan carbohidratos a
partir de monosacáridos como la glucosa. Estos
son activados para poder ser ensamblados en los
polisacáridos correspondientes.
Glucosa + ATP + UTP
UDP-Glucosa + ADP +
Pirofosfato
Ejemplo de la síntesis de polisacáridos es la
biosíntesis del peptidoglucano
• UDP-Glucosa + ATP + UTP + NH2
N-Acetil
glucosaamida-UDP (NAG-UDP) + Pirofosfato
• NAG-UDP + ATP + UTP
N-acetilmuramico
trnaaminación
t
fosfoenolpirubato
-UDP (NAM-UDP)
ATP
• NAM-UDP + 5 aminoácidos
Cadena
pentapeptidica-UDP
• UDP-NAM-pentapeptidico +
Lipidotransportador de cadena + UDP
LTC-NAM-pentapeptidico + NAG-UDP
se adicionan al peptidoglucano(unión cadena)
3. Lípidos
Los lípidos se sintetizan a partir de la glucosa
que atreves de la glucolisis produce acetil-CoA
el cual se carboxila para formar malonil-CoA
• Acetil-CoA + CO2 + ATP
Malonil-CoA + ADP
+P
• Acetil-CoA + MalonilCoA
Butiril-Enzima +
CO2
+ Malonil-proteina
2 Ácidos
grasos de cadena larga + Glicerol fosfato
acido fosfatidico (fosfolipido sencillo)
Enzima (AEP)
BIOSÍNTESIS DE AMINO ÁCIDOS SULFURADOS
SO4= + NADPH + 2 ATP
SH2 + H2O + Serina
SO3= + NADPH
ADP + NADP +
Cisteina
SH2 + H2O
NADP+
El Azufre se incorpora a los distintos compuestos como SO4= y
SO3=
INCORPORACIÓN DE FOSFORO A LA CELULA
El fosforo se encuentra en la naturaleza
principalmente como fosfatos orgánicos e
inorgánicos y es utilizado por los microorganismos
para la síntesis de Nucleótidos, Ácidos Nucleícos,
ADP y Fosofolípidos .
Las fosfatasas hidrolizan los enlaces esteres de los
fosfatos orgánicos , son acidas o alcaninas y están
situadas en el espacio periplasmático .
Los fosfatos inorgánicos son incorporados como
orgánicos por medio de la reacción del
gliceraldhidofosfato y liberados como ATP.
Incorporación de Fe, K, Mg, Ca y Na
Son incorporados como sales inorgánicas. El K, es
necesario en diversas enzimas. El Mg interviene en
la estabilización de los ribosomas, membranas
celulares , ácidos nucleícos y para la actividad de
numerosas enzimas. El Ca es importante en la
formación de esporas bacterianas y en la estabilidad
de la pared celular. El Na es requerido en bacteria
marinas. El Fe se incorpora como sales de Fe+++ y Fe++
o atreves de compuestos denominados ferronoforos
que lo incorporan solubilizan y fijan. Son necesarios
para la formación de citocromos y en los procesos
anaeróbicos que actúan como aceptores de
electrones.
Ciclo Nitrógeno Inorgánicos
N Orgánico
N Orgánico
NO2NO3
N2
-
Desnitrificación
Incorporación de
Nitrógeno
NO2
NO2-
Nitrificación
Descomposición
del N
NH3
Glutamida
Aminoacido