Información

¿Cómo encuentran los ARNm los ribosomas?

¿Cómo encuentran los ARNm los ribosomas?


We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

Después de que el ARNm se libera del núcleo, el siguiente proceso es su traducción por los ribosomas. ¿Mediante qué proceso físico, químico o bioquímico llega el ARNm al ribosoma en el citoplasma?


por favor, eche un vistazo a este artículo y sus imágenes.

R. J. Jackson y col., 2010, Nature Rev. Mol. Cell Biol. 11: 113.

https://www.nature.com/articles/nrm2838

En pocas palabras, el reconocimiento del ARNm por el ribosoma ocurre en múltiples pasos, lo que conduce a la interacción del ARNm con factores de iniciación (eucariotas) (eIF). El complejo eIF4 interactúa con el ARNm y luego se forma un ARNm circular intermedio con la ayuda de la hidrólisis de ATP. Este ARNm circular se adhiere a la subunidad pequeña del ribosoma (la subunidad pequeña tiene una docena de proteínas auxiliares unidas a sí misma). ARNm circular a la subunidad pequeña, se puede decir que el ARNm ha "encontrado" el ribosoma, ya que la subunidad pequeña formaría un complejo con la subunidad grande y comenzaría el paso de elongación de traducción.


La respuesta a la primera parte de su pregunta es: difusión. Después de la transcripción y algún procesamiento, el ARNm eucariota se exporta al citoplasma. Aquí flota hasta que se encuentra con un ribosoma. La unión del ribosoma al ARNm se ve facilitada por proteínas llamadas factores de iniciación (FI) y la capa 5 'del ARNm.$^1$.

La segunda parte de su pregunta básicamente se refiere a la síntesis de proteínas libres de células utilizando una plantilla de ARN. Esto ya se ha demostrado que funciona: uno recuerda el famoso experimento Nirenberg-Matthaei$^2$, lo que finalmente condujo a la ruptura del código genético. Nirenberg y Matthaei trabajaron con extractos de células bacterianas, pero también se han desarrollado sistemas basados ​​en extractos de células eucariotas.$^3$.


Referencias y lecturas adicionales:

  1. Nelson DL, Cox MM. Principios de bioquímica de Lehninger. 7ª ed (edición internacional). Basingstoke, Inglaterra: Macmillan Higher Education; c2017. Capítulo 27, Metabolismo de proteínas; pag. 1077-1126.
  2. Nirenberg MW, Matthaei JH. La dependencia de la síntesis de proteínas libres de células en E. coli de polirribonucleótidos sintéticos o naturales. PNAS. 1 de octubre de 1961; 47 (10): 1588-1602. https://doi.org/10.1073/pnas.47.10.1588
  3. Chong S. Descripción general de la síntesis de proteínas sin células: hitos históricos, sistemas comerciales y aplicaciones en expansión. Curr Protoc Mol Bio. 2014 1 de octubre; 108 (1): 16.30.1-11. https://doi.org/10.1002/0471142727.mb1630s108

Introducción a la biología del ARN: Edición de dibujos animados

El ADN contiene las instrucciones sobre cómo construir todo en nuestro cuerpo. Cada una de sus células contiene una copia de su ADN, como un conjunto de planos. Partes de estas instrucciones se llevan a cabo según sea necesario en diferentes celdas.

Por lo general, se siguen las instrucciones de los planos de ADN para construir diferentes proteínas. Las proteínas hacen gran parte del trabajo necesario para mantener el funcionamiento del cuerpo. En cualquier momento dado, una célula puede estar siguiendo las instrucciones sobre cómo producir una proteína inmunológica para defender al cuerpo de invasores como los virus, mientras que otra está produciendo una proteína que ayuda al estómago a digerir los alimentos.

Jennifer Cook-Chrysos / Instituto Whitehead

Generalmente, el ADN se mantiene dentro del núcleo, donde hay una biblioteca de planos central para toda la célula. Sin embargo, las proteínas se construyen en una parte diferente de la célula. ¿Cómo se transmiten las instrucciones para las proteínas desde los planos de ADN hasta el lugar donde realmente se construyen las proteínas? Se transportan en forma de ARN mensajero o ARNm. Cada ARNm contiene una copia de un plano específico de la biblioteca de ADN más grande. Lleva este plano a la célula, donde se producen las proteínas. (Los ARNm no son el único tipo de ARN. Hay muchos otros tipos que hacen otras cosas, ¡y hablaremos más sobre ellos más adelante!)

Jennifer Cook-Chrysos / Instituto Whitehead

El ARNm se crea en un proceso llamado transcripción. Una enzima llamada ARN polimerasa viaja a lo largo de la hebra de ADN, incorporando bloques de construcción de ARN complementarios para crear una "transcripción" de la información contenida en el ADN. La molécula resultante es una cadena de ARN con una misión: transmitir su mensaje a la parte de la célula que crea proteínas.

Jennifer Cook-Chrysos / Instituto Whitehead

Jennifer Cook-Chrysos / Instituto Whitehead

Una vez que se crea la transcripción, debe someterse a algunas modificaciones para que esté lista para la traducción (el proceso mediante el cual el contenido del ARNm es leído por una máquina molecular llamada ribosoma y traducido a una secuencia de bloques de construcción de proteínas llamados aminoácidos).

Jennifer Cook-Chrysos / Instituto Whitehead

Jennifer Cook-Chrysos / Instituto Whitehead

¿Cómo se regula el ARNm?

Las células han desarrollado varias formas de regular qué proteínas se producen y cuándo. Los ARNm se degradarán naturalmente con el tiempo, y la mayoría tendrá una vida útil relativamente corta: las moléculas de ARNm en las células de mamíferos pueden permanecer entre unos minutos y unos días antes de degradarse. Una forma en que las células regulan la cantidad de cierta proteína que se produce en un momento dado es controlando cuánto tiempo permanece intacto un ARNm. Mientras un ARNm esté intacto, se puede traducir una y otra vez para producir más proteínas.

Algunos ARNm duran hasta mil veces más que otros. Uno de los principales reguladores de cuánto tiempo permanecen intactos los ARNm es un tipo diferente de ARN, llamado miroARN (miARN).

Pequeño pero poderoso

Los microARN son uno de los muchos tipos de ARN que no codifican proteínas. Estos diminutos ARN, que tienen solo 22 bloques de construcción de largo, no se traducen en el ribosoma como los ARN mensajeros. En cambio, se dirigen y se unen a secuencias en ARNm específicos y pueden bloquear la traducción del ARNm.


Fondo

El alargamiento de la traducción es un proceso crucial mediante el cual los ribosomas decodifican secuencialmente la información genética de una transcripción en una cadena de péptidos. Sin embargo, la secuencia de ARNm de las regiones codificantes puede albergar más información que la secuencia de aminoácidos [1], la tasa local de elongación de la traducción no es uniforme y está afinada [2, 3]. La variación programada en la tasa de elongación puede participar en la regulación del plegamiento de proteínas [2, 4, 5], que es un desafío dentro de los entornos celulares abarrotados y pegajosos [6, 7]. Un cambio en la tasa de elongación de la traducción puede resultar en un plegamiento incorrecto de las proteínas [2, 5], lo que conduce a anomalías del desarrollo, enfermedades neurológicas y cánceres [8].

A pesar de la importancia de la elongación de la traducción, se ha estudiado principalmente con genes reporteros heterólogos [9,10,11]. A menudo se colocaba una fuerte señal de estancamiento ribosómico en estos genes informadores; el ribosoma de alargamiento 5 'choca con el ribosoma estancado, lo que lleva a un di-ribosoma (de aquí en adelante nos referiremos a tales ribosomas apilados inducidos por una fuerte señal de estancamiento ribosómico en informadores heterólogos como di -ribosomas) o incluso tri-ribosoma. Los análisis de estructura indicaron que los di-ribosomas y tri-ribosomas a menudo eran incapaces de reanudar la traducción y pueden desencadenar la vía de control de calidad de proteínas asociadas a ribosomas (RQC) [9, 12, 13, 14, 15, 16].

El conocimiento de las causas de las pausas de traducción endógenas sigue siendo muy limitado, principalmente porque la detección de pausas de traducción es un desafío técnico en los genes endógenos. El desarrollo de ribo-seq, un enfoque que secuencia fragmentos de ARNm protegidos por ribosomas en la resolución del codón, aumentó significativamente nuestro conocimiento sobre el alargamiento de la traducción [17, 18]. La acumulación de huellas de ribosomas en un sitio indica un alargamiento de traducción lento (es decir, una pausa de traducción) basado en esta idea, se han descubierto determinantes de secuencia del alargamiento de traducción, como el uso de codones sinónimos [19,20,21], péptidos nacientes cargados positivamente [ 22] y estructuras secundarias de ARNm [23]. Sin embargo, el ribo-seq tradicional pierde la información de las colisiones de ribosomas [24, 25]. En cambio, las colisiones de ribosomas se pueden estudiar secuenciando los fragmentos de ARNm protegidos por disomas, que se refieren a ribosomas apilados endógenos en este estudio. Los disomas fueron detectables mediante centrifugación en gradiente de sacarosa [26] y se observaron en ARNm defectuosos o en regiones 3 'no traducidas [24]. Sin embargo, el panorama genómico y los determinantes de secuencia de las colisiones de ribosomas endógenos siguen siendo en gran parte desconocidos en las secuencias de codificación de los ARNm transcritos fielmente.

La consecuencia de la pausa traslacional endógena tampoco está clara. Se ha sugerido que el alargamiento de la traducción puede regular el plegamiento de proteínas cotraduccionales [2, 4, 5, 27, 28]. Por ejemplo, la evidencia acumulada apoyaba que la expansión de CAG en la enfermedad de Huntington conducía a una pausa traduccional incorrecta y, por lo tanto, a un plegamiento inadecuado del péptido señal para la localización subcelular de la proteína Htt [29]. Los codones no óptimos formaron grupos durante la evolución [30, 31], pueden crear regiones de traducción lenta y participar en el plegamiento de proteínas [32]. Sin embargo, los mecanismos por los cuales las pausas traslacionales regulan el plegamiento de proteínas cotraduccionales siguen siendo poco estudiados.

En este estudio, capturamos las huellas de ARNm protegidas por dos ribosomas apilados en células de levadura de rápida proliferación. Dichos datos brindan la oportunidad de revelar la dinámica de traslación que es indetectable por el ribo-seq tradicional (es decir, monosome-seq). Identificamos las características de la secuencia que están asociadas con las colisiones de ribosomas y validamos algunas características con genes informadores. Los análisis de microscopía crioelectrónica (crio-EM) indican que la mayoría de las colisiones de ribosomas endógenos forman una estructura diferente de la de los di-ribosomas inductores de RQC. Con los análisis bioinformáticos, mostramos que las pausas o colisiones de los ribosomas tienden a tener lugar en las regiones de brecha entre las hélices α. De hecho, los ribosomas en pausa o en colisión a menudo se asocian con chaperones específicos que pueden ayudar al plegamiento de proteínas, como lo indican los análisis de espectrometría de masas. Como consecuencia, un péptido naciente está listo para plegarse correctamente durante la traducción.


El pre-ARNm eucariota se somete a un procesamiento extenso antes de que esté listo para ser traducido. Los pasos adicionales involucrados en la maduración del ARNm eucariota crean una molécula con una vida media mucho más larga que la de un ARNm procariota. Los ARNm eucariotas duran varias horas, mientras que los típicos E. coli El ARNm no dura más de cinco segundos.

Los pre-mRNA se recubren primero con proteínas estabilizadoras de RNA que protegen al pre-mRNA de la degradación mientras se procesa y exporta fuera del núcleo. Los tres pasos más importantes del procesamiento de pre-ARNm son la adición de factores estabilizadores y de señalización en los extremos 5 'y 3' de la molécula, y la eliminación de secuencias intermedias que no especifican los aminoácidos apropiados. En casos raros, la transcripción de ARNm puede & # 8220editar & # 8221 después de su transcripción.

5 ′ Taponado

Mientras que el pre-mRNA todavía se está sintetizando, un Tapa de 7-metilguanosina se añade al extremo 5 'del transcrito en crecimiento mediante un enlace fosfato. Este resto (grupo funcional) protege el ARNm naciente de la degradación. Además, los factores involucrados en la síntesis de proteínas reconocen el casquete para ayudar a iniciar la traducción de los ribosomas.

Cola Poly-A de 3 ′

Una vez que se completa el alargamiento, el pre-mRNA es escindido por una endonucleasa entre una secuencia consenso AAUAAA y una secuencia rica en GU, dejando la secuencia AAUAAA en el pre-mRNA. Una enzima llamada poli-A polimerasa luego agrega una cadena de aproximadamente 200 residuos A, llamada cola poli-A. Esta modificación protege además al pre-mRNA de la degradación y señala la exportación de los factores celulares que la transcripción necesita al citoplasma.

Empalme de pre-ARNm

Los genes eucariotas se componen de exones, que corresponden a secuencias codificantes de proteínas (ex-en significa que son expresionado), y En tsecuencias inminentes llamadas intrones (En tron denota su En tpapel auxiliar), que pueden estar implicados en la regulación génica, pero se eliminan del pre-mRNA durante el procesamiento. Las secuencias de intrones en el ARNm no codifican proteínas funcionales.

El descubrimiento de intrones fue una sorpresa para los investigadores en la década de 1970 que esperaban que los pre-ARNm especificaran secuencias de proteínas sin procesamiento adicional, como habían observado en procariotas. Los genes de eucariotas superiores contienen muy a menudo uno o más intrones. Estas regiones pueden corresponder a secuencias reguladoras, sin embargo, no está clara la importancia biológica de tener muchos intrones o de tener intrones muy largos en un gen. Es posible que los intrones ralenticen la expresión génica porque se tarda más en transcribir pre-ARNm con muchos intrones. Alternativamente, los intrones pueden ser restos de secuencias no funcionales que quedan de la fusión de genes antiguos a lo largo de la evolución. Esto está respaldado por el hecho de que los exones separados a menudo codifican subunidades o dominios de proteínas separados. En su mayor parte, las secuencias de intrones se pueden mutar sin afectar finalmente al producto proteico.

Todos los intrones de un pre-ARNm & # 8217s deben eliminarse de forma completa y precisa antes de la síntesis de proteínas. Si el proceso se equivoca incluso en un solo nucleótido, el marco de lectura de los exones reunidos cambiaría y la proteína resultante sería disfuncional. El proceso de eliminar intrones y reconectar exones se llama empalme (Figura 1). Los intrones se eliminan y degradan mientras el pre-ARNm todavía está en el núcleo. El empalme se produce mediante un mecanismo específico de secuencia que garantiza que los intrones se eliminarán y los exones se volverán a unir con la exactitud y precisión de un solo nucleótido. El empalme de pre-ARNm se realiza mediante complejos de proteínas y moléculas de ARN llamados espliceosomas.

Pregunta de práctica

Figura 1. El empalme de pre-ARNm implica la eliminación precisa de intrones del transcrito de ARN primario. El proceso de empalme es catalizado por complejos de proteínas llamados espliceosomas que están compuestos de proteínas y moléculas de ARN llamadas snRNA. Los empaliceosomas reconocen secuencias en los extremos 5 'y 3' del intrón.

Los errores en el empalme están implicados en cánceres y otras enfermedades humanas. ¿Qué tipo de mutaciones pueden provocar errores de empalme?

Tenga en cuenta que pueden estar presentes más de 70 intrones individuales, y cada uno debe someterse al proceso de empalme, además de la protección 5 ′ y la adición de una cola poli-A, solo para generar una única molécula de ARNm traducible.

Edición de ARN en tripanosomas

Figura 2. Trypanosoma brucei es el agente causante de la enfermedad del sueño en los seres humanos. Los ARNm de este patógeno deben modificarse mediante la adición de nucleótidos antes de que pueda producirse la síntesis de proteínas. (crédito: modificación del trabajo de Torsten Ochsenreiter)

Los tripanosomas son un grupo de protozoos que incluyen al patógeno Trypanosoma brucei, que causa la enfermedad del sueño en los seres humanos (Figura 2). Los tripanosomas, y prácticamente todos los demás eucariotas, tienen orgánulos llamados mitocondrias que suministran energía química a la célula. Las mitocondrias son orgánulos que expresan su propio ADN y se cree que son los restos de una relación simbiótica entre un eucariota y un procariota envuelto. El ADN mitocondrial de los tripanosomas exhibe una interesante excepción a The Central Dogma: sus pre-ARNm no tienen la información correcta para especificar una proteína funcional. Por lo general, esto se debe a que al ARNm le faltan varios nucleótidos U. La célula realiza un paso de procesamiento de ARN adicional llamado edición de ARN para remediar esto.

Otros genes del genoma mitocondrial codifican ARN guía de 40 a 80 nucleótidos. Una o más de estas moléculas interactúa mediante el apareamiento de bases complementarias con algunos de los nucleótidos en la transcripción de pre-ARNm. Sin embargo, el ARN guía tiene más nucleótidos A que el pre-ARNm tiene nucleótidos U para unirse. En estas regiones, el ARN guía forma un bucle. Los extremos 3 'de los ARN guía tienen una cola poli-U larga, y estas bases U se insertan en regiones del transcrito de pre-ARNm en las que se enlazan los ARN guía. Este proceso está completamente mediado por moléculas de ARN. Es decir, los ARN guía, en lugar de las proteínas, sirven como catalizadores en la edición del ARN.

La edición de ARN no es solo un fenómeno de los tripanosomas. En las mitocondrias de algunas plantas, se editan casi todos los pre-ARNm. La edición de ARN también se ha identificado en mamíferos como ratas, conejos e incluso humanos. ¿Cuál podría ser la razón evolutiva de este paso adicional en el procesamiento de pre-ARNm? Una posibilidad es que las mitocondrias, que son restos de antiguos procariotas, tengan un método igualmente antiguo basado en ARN para regular la expresión génica. En apoyo de esta hipótesis, las ediciones realizadas en los pre-ARNm difieren según las condiciones celulares. Aunque especulativo, el proceso de edición de ARN puede ser un vestigio de una época primordial cuando las moléculas de ARN, en lugar de las proteínas, eran responsables de catalizar las reacciones.


Descubrimiento de un sensor para colisiones de ribosomas

Un equipo colaborativo de las Divisiones de Biología Celular y Estudios Estructurales de la LMB ha identificado un factor celular que detecta colisiones de ribosomas. El ribosoma es la máquina molecular responsable de leer el código genético para producir proteínas, un proceso conocido como traducción. Tales colisiones entre ribosomas son una señal de que algo salió mal durante la traducción, y el factor de detección de colisiones es fundamental para iniciar vías para resolver el problema. Se sabe que si los ribosomas estancados no se resuelven de manera eficiente en ratones, desarrollan neurodegeneración. Por lo tanto, la nueva investigación arroja luz sobre cómo nuestro cuerpo monitorea sus líneas de ensamblaje de producción de proteínas para que los problemas puedan resolverse rápidamente antes de que causen estrés celular y enfermedades.

Cada célula de nuestro cuerpo contiene millones de ribosomas que traducen los ARN mensajeros (ARNm), los portadores del código genético, en proteínas, los factores que llevan a cabo la mayoría de las reacciones bioquímicas esenciales para la vida. En las células muy activas, la mayoría de los ARNm tienen entre 4 y 12 ribosomas a lo largo de su longitud, cada uno traduciendo alrededor de 6 codones por segundo. Una célula sana depende del buen funcionamiento de estas líneas de montaje productoras de proteínas. Los ribosomas excesivamente lentos son un indicador de que algo puede no estar funcionando correctamente, por lo que las células tienen un proceso llamado control de calidad asociado a ribosomas (RQC) para resolver el problema. La vía RQC recicla ribosomas problemáticos e inicia la degradación de su ARNm asociado y proteína parcialmente sintetizada. Pero, ¿cómo detectan las células selectivamente los ribosomas lentos o detenidos?

En un trabajo anterior, Szymon Juszkiewicz del grupo de Manu Hegde en la División de Biología Celular de la LMB había descubierto que un factor crítico en la vía RQC es una proteína llamada ZNF598. Esta proteína une una etiqueta de ubiquitina a un sitio específico en el ribosoma, que resultó ser necesario para iniciar la vía RQC. En un nuevo estudio, Szymon investigó lo que realmente reconoce ZNF598, esperando que se una a los ribosomas estancados pero no traduciendo activamente. Inesperadamente, descubrió que el ZNF598 solo se unía a un ribosoma estancado cuando otro ribosoma había chocado con la parte posterior del mismo.

Paralelamente, Vish Chandrasekaran del laboratorio de Venki Ramakrishnan en la División de Estudios Estructurales de la LMB estaba investigando polirribosomas, sospechando que su arquitectura distintiva podría ser reconocida por la célula en algunas circunstancias. Vish elaboró ​​métodos para aislar tales poli-ribosomas colisionados y determinó su estructura usando microscopía crioelectrónica. La estructura mostró que dos ribosomas colisionados están en una orientación precisa, de modo que el sitio de unión de la etiqueta de ubiquitina para ZNF598 está cerca de la interfaz entre los ribosomas. Al reconocer esta interfaz distintiva, ZNF598 es capaz de detectar múltiples causas de ralentización de la traducción mientras evita todos los ribosomas que normalmente se traducen.

Comprender cómo las células detectan la traducción defectuosa es importante porque la acumulación de proteínas defectuosas es una de las principales causas de enfermedad en los seres humanos, en particular la neurodegeneración. El equipo ahora está tratando de comprender con precisión cómo interactúa ZNF598 con los ribosomas colisionados, cómo se usa la etiqueta de ubiquitina adherida a los ribosomas colisionados para su desmontaje y qué ARNm celulares son particularmente propensos a problemas que inducen colisiones de ribosomas.

Este trabajo fue apoyado por el MRC, el Wellcome Trust, el Instituto Agouron y la Fundación Louis-Jeantet.


Queja de DMCA

Si cree que el contenido disponible a través del sitio web (como se define en nuestros Términos de servicio) infringe uno o más de sus derechos de autor, notifíquenoslo proporcionando un aviso por escrito ("Aviso de infracción") que contenga la información que se describe a continuación a la persona designada. agente enumerado a continuación. Si Varsity Tutors toma medidas en respuesta a un Aviso de infracción, hará un intento de buena fe de comunicarse con la parte que hizo que dicho contenido esté disponible por medio de la dirección de correo electrónico más reciente, si la hubiera, proporcionada por dicha parte a Varsity Tutors.

Su Aviso de infracción puede enviarse a la parte que puso el contenido a disposición o a terceros como ChillingEffects.org.

Tenga en cuenta que será responsable de los daños (incluidos los costos y los honorarios de los abogados) si tergiversa materialmente que un producto o actividad infringe sus derechos de autor. Por lo tanto, si no está seguro de que el contenido ubicado o vinculado al sitio web infringe sus derechos de autor, debe considerar comunicarse primero con un abogado.

Siga estos pasos para presentar un aviso:

Debes incluir lo siguiente:

Una firma física o electrónica del propietario de los derechos de autor o una persona autorizada para actuar en su nombre.Una identificación de los derechos de autor que se alega que han sido infringidos.Una descripción de la naturaleza y ubicación exacta del contenido que usted afirma que infringe sus derechos de autor, en suficiente. detalle para permitir que los tutores universitarios encuentren e identifiquen positivamente ese contenido, por ejemplo, necesitamos un enlace a la pregunta específica (no solo el nombre de la pregunta) que contiene el contenido y una descripción de qué parte específica de la pregunta: una imagen, un enlace, texto, etc. - su queja se refiere a Su nombre, dirección, número de teléfono y dirección de correo electrónico y a Una declaración suya: (a) que cree de buena fe que el uso del contenido que afirma que infringe sus derechos de autor es no autorizado por la ley, o por el propietario de los derechos de autor o el agente de dicho propietario (b) que toda la información contenida en su Aviso de infracción es precisa, y (c) bajo pena de perjurio, que usted es el propietario de los derechos de autor o una persona autorizada para actuar en su nombre.

Envíe su queja a nuestro agente designado a:

Charles Cohn Varsity Tutors LLC
101 S. Hanley Rd, Suite 300
St. Louis, MO 63105


Introducción

La localización de los ARNm dentro de las células funciona para restringir espacialmente la expresión génica, que es fundamental para la determinación del destino celular y el patrón corporal adecuado durante la embriogénesis (St Johnston, 2005). La traducción de ARNm localizado también es importante para muchos procesos en células somáticas diferenciadas (Kislauskis et al., 1997 Adereth et al., 2005 Huttelmaier et al., 2005) y se usa ampliamente en células neuronales para restringir la expresión de proteínas específicas a las sinapsis ( Kiebler y Bassell, 2006). En Xenopus laevis y Drosophila melanogaster, los ARNm que codifican proteínas implicadas en la progresión mitótica se enriquecen en el huso mitótico (Raff et al., 1990 Groisman et al., 2000). Además, los estudios citológicos y bioquímicos de X. laevis Los husos de extracto de huevo y los microtúbulos de erizo de mar han demostrado que los ribosomas están estrechamente asociados con los microtúbulos mitóticos, lo que sugiere que la traducción localizada podría ser un regulador clave de la mitosis (Suprenant, 1993 Liska et al., 2004 Mitchison et al., 2004). Sin embargo, no se ha investigado de forma exhaustiva el grado de dirección del ARNm a estructuras subcelulares específicas, como el huso, y sus mecanismos y funciones subyacentes no se conocen bien.

Para obtener información sobre el papel de los ARNm localizados durante la mitosis, identificamos de manera integral los ARNm que se localizan en los microtúbulos en meióticos. X. laevis extractos de óvulos y extractos de células humanas mitóticas utilizando microarrays de Affymetrix. Encontramos que un grupo específico y conservado de ARNm, denominado ARNm unido a microtúbulos (MT-ARNm), está enriquecido en microtúbulos. Observamos que sólo un subconjunto de MT-mRNA se asoció con polirribosomas unidos a microtúbulos, lo que indica que los husos mitóticos contienen tanto mRNA traduccionalmente activos como inactivos. Además, encontramos que la traducción activa no es necesaria para el direccionamiento de ARNm endógenos o exógenos a microtúbulos mitóticos. Proponemos que la localización de ARNm específicos en el huso es un mecanismo conservado para mejorar la localización de proteínas y para la segregación de ARNm traduccionalmente inactivos.


Ribosoma

Vistazo rápido:
Un ribosoma funciona como una micro-máquina para producir proteínas. Los ribosomas están compuestos de proteínas y ácidos nucleicos especiales. La TRADUCCIÓN de la información y la vinculación de los AMINOÁCIDOS están en el corazón del proceso de producción de proteínas.
Un ribosoma, formado a partir de dos subunidades que se unen, funciona para: (1) Traducir la información codificada del núcleo celular proporcionada por el ácido ribonucleico mensajero (ARNm), (2) enlazar los aminoácidos seleccionados y recolectados del citoplasma mediante la transferencia de ácido ribonucleico ( ARNt). (El orden en el que se unen los aminoácidos está determinado por el ARNm) y, (3) Exportar el polipéptido producido al citoplasma donde formará una proteína funcional.

Los ribosomas se encuentran & # 8216 libres & # 8217 en el citoplasma o unidos al retículo endoplásmico (RE) para formar RE rugoso. En una célula de mamífero puede haber hasta 10 millones de ribosomas. Se pueden unir varios ribosomas a la misma hebra de ARNm, esta estructura se llama polisoma. Los ribosomas solo tienen una existencia temporal. Cuando han sintetizado un polipéptido, las dos subunidades se separan y se reutilizan o se dividen.

Los ribosomas pueden unirse a los aminoácidos a una velocidad de 200 por minuto. Por lo tanto, las proteínas pequeñas se pueden producir con bastante rapidez, pero se necesitan de dos a tres horas para proteínas más grandes, como la enorme proteína muscular titina de 30.000 aminoácidos.

Los ribosomas en procariotas utilizan un proceso ligeramente diferente para producir proteínas que los ribosomas en eucariotas. Afortunadamente, esta diferencia presenta una ventana de oportunidad molecular para el ataque de antibióticos como la estreptomicina. Desafortunadamente, algunas toxinas bacterianas y el virus de la polio también lo usan para permitirles atacar el mecanismo de traducción.

Para obtener un diagrama general de la producción de proteínas, haga clic aquí.
(El diagrama se abrirá en una ventana separada)

Esta es una imagen de microscopio electrónico que muestra parte del retículo endoplásmico rugoso en una célula de la raíz de una planta de maíz. Las manchas oscuras son ribosomas.

(cortesía de Chris Hawes, The Research School of Biology & Molecular Sciences, Oxford Brookes University, Oxford, Reino Unido)

UNA MIRADA MÁS LARGA a los ribosomas:

Los ribosomas son unidades de producción macromoleculares. Están compuestos por proteínas ribosomales (riboproteínas) y ácidos ribonucleicos (ribonucleoproteínas). La palabra ribosoma proviene de tomar "ribo"Del ácido ribonucleico y agregarlo a"soma’, La palabra latina para cuerpo. Los ribosomas pueden estar unidos por una (s) membrana (s) pero no son membranosos.

Ribosoma: una micro-máquina para fabricar proteínas
Un ribosoma es básicamente una micro-"máquina" muy complicada pero elegante para producir proteínas. Cada ribosoma completo se construye a partir de dos subunidades. Un ribosoma eucariota está compuesto de ácidos nucleicos y aproximadamente 80 proteínas y tiene una masa molecular de aproximadamente 4.200.000 Da. Aproximadamente dos tercios de esta masa están compuestos de ARN ribosómico y un tercio de aproximadamente 50+ proteínas ribosómicas diferentes.

Los ribosomas se encuentran en células procariotas y eucariotas en mitocondrias, cloroplastos y bacterias. Los que se encuentran en los procariotas son generalmente más pequeños que los de los eucariotas. Los ribosomas en las mitocondrias y los cloroplastos son similares en tamaño a los de las bacterias. Hay alrededor de 10 mil millones de moléculas de proteínas en una célula de mamífero y los ribosomas producen la mayoría de ellas. Una célula de mamífero de rápido crecimiento puede contener alrededor de 10 millones de ribosomas. [Una sola celda de E. Coli contiene alrededor de 20.000 ribosomas y esto representa aproximadamente el 25% de la masa celular total].

Las proteínas y los ácidos nucleicos que forman las subunidades del ribosoma se producen en el nucleolo y se exportan a través de los poros nucleares al citoplasma. Las dos subunidades son de tamaño desigual y existen en este estado hasta que se requieren para su uso. La subunidad más grande es aproximadamente el doble de grande que la más pequeña.

La subunidad más grande tiene principalmente una función catalítica, mientras que la subunidad más pequeña tiene principalmente una función de decodificación. En la subunidad grande, el ARN ribosómico realiza la función de una enzima y se denomina ribozima. La unidad más pequeña se enlaza con el ARNm y luego se fija en una subunidad más grande. Una vez formados, los ribosomas no son unidades estáticas. Cuando la producción de una proteína específica ha terminado, las dos subunidades se separan y, por lo general, se descomponen. Los ribosomas solo tienen una existencia temporal.

A veces, las subunidades de ribosomas admiten ARNm tan pronto como el ARNm emerge del núcleo. Cuando muchos ribosomas hacen esto, la estructura se llama polisoma. Los ribosomas pueden funcionar en un estado "libre" en el citoplasma, pero también pueden "asentarse" en el retículo endoplásmico para formar un "retículo endoplásmico rugoso". Donde hay un retículo endoplásmico rugoso, la asociación entre el ribosoma y el retículo endoplásmico (RE) facilita el procesamiento posterior y la verificación de las proteínas recién creadas por parte del RE.

The Protein Factory: sitio y servicios.

Todas las fábricas necesitan servicios como gas, agua, drenaje y comunicaciones. Para que estos se proporcionen, debe haber una ubicación o sitio.

La producción de proteínas también necesita requisitos de servicio. Un sitio que requiere la prestación de servicios se produce en una pequeña subunidad de ribosoma cuando una hebra de ARNm entra a través de una hendidura selectiva y una hebra de ARNt iniciador a través de otra. Esta acción hace que la subunidad pequeña se bloquee en una subunidad grande de ribosoma para formar un ribosoma completo y activo. Ahora puede comenzar el asombroso proceso de producción de proteínas.

Para que tenga lugar la traducción y la síntesis de proteínas, intervienen muchos iniciadores y liberadores de sustancias químicas, y tienen lugar muchas reacciones que utilizan enzimas. Sin embargo, existen requisitos generales que deben cumplirse. La siguiente lista muestra los principales requisitos y cómo se proporcionan:

  • Requisito: Una instalación segura (libre de contaminación) y adecuada para que se lleve a cabo el proceso de producción de proteínas.
  • Provisión: esta facilidad la proporcionan las dos subunidades ribosómicas. Cuando las dos subunidades se unen para formar el ribosoma completo, las moléculas que entran y salen solo pueden hacerlo a través de hendiduras o túneles selectivos en la estructura molecular.
  • Requisito: Un suministro de información en una forma que el ribosoma puede traducir con un alto grado de precisión. La traducción debe ser precisa para que se produzcan las proteínas correctas.
  • Provisión: La información es suministrada por el núcleo y entregada al ribosoma en forma de una hebra de ARNm. Cuando se forma ARNm en el núcleo, se cortan los intrones (secciones no codificantes) y los exones (secciones codificantes) se unen mediante un proceso llamado empalme.
  • Requisito: Suministro de aminoácidos a partir de los cuales el mecanismo ribosómico puede obtener los aminoácidos específicos necesarios.
  • Provisión: Los aminoácidos, que se obtienen principalmente de los alimentos, normalmente están disponibles libremente en el citoplasma.
  • Requisito: Un sistema que puede seleccionar y fijar un aminoácido en el citoplasma y entregarlo al sitio de traducción y síntesis en el ribosoma.
  • Provisión: Las hebras cortas de ácido ribonucleico de transferencia (tRNA) producidas en el núcleo y disponibles en el citoplasma actúan como "herramientas adaptadoras". Cuando una hebra de tRNA se fija a un aminoácido, se dice que el tRNA está "cargado". El tRNA se difunde en la subunidad de ribosoma más pequeña y cada hebra corta de tRNA entregará UNO aminoácidos.
  • Requisito: Un medio de liberación en el citoplasma: (a) un polipéptido recién formado, (B) ARNm que se ha utilizado en el proceso de traducción, y (C) ARNt que ha entregado el aminoácido que transportaba y ahora está "descargado".
  • Disposición: (a) cuando se produce una cadena peptídica recién formada en lo profundo de la subunidad grande del ribosoma, se dirige hacia el citoplasma a lo largo de un túnel o hendidura. (B) El ARNm "usado" sale de la subunidad de ribosoma más pequeña a través de un túnel en el lado opuesto a su punto de entrada. El movimiento a través del ribosoma se produce mediante un movimiento intermitente en un solo sentido del ribosoma a lo largo y en la dirección de la cadena de ARNm entrante. (C) El ARNt en el estado "descargado" sale a través de un túnel en la arquitectura molecular de la subunidad grande del ribosoma.

The Protein Factory: ¿Qué sucede en el interior?
- ¡Una mirada a la línea de producción de proteínas que puede unir aminoácidos a una velocidad de 200 por minuto!

Ahora que hemos considerado los requisitos y las disposiciones necesarias para que funcione la máquina de producción de proteínas, podemos observar el funcionamiento interno.

Como se mencionó anteriormente, muchas reacciones bioquímicas detalladas tienen lugar en el ribosoma y aquí solo se ofrece un breve resumen para ilustrar el concepto.
(Por favor vea también "Esquema del ribosoma" al final de la sección)

En el ribosoma hay TRES ETAPAS y TRES SITIOS operativos involucrados en la línea de producción de proteínas.

El tres ETAPAS son (1) Iniciación, (2) Alargamiento y (3) Terminación.

Los tres operativos o vinculantes SITIOS están A, P y mi lectura del sitio de entrada del ARNm (convencionalmente el lado derecho).

Sitios A y PAG abarcan tanto las subunidades de ribosoma con una parte más grande que reside en la subunidad grande de ribosoma, y ​​una parte más pequeña en la subunidad más pequeña. Sitio E, el sitio de salida, reside en la subunidad de ribosoma grande.

Tabla de sitios de unión, posiciones y funciones en un ribosoma
(consulte también el esquema del ribosoma al final de la sección)

Sitio de unión

sitio de entrada de la cadena de ARNm

Término biológico

Procesos principales

Admisión del codón de ARNm y hebra "cargada" de ARNt. Comprobación y decodificación e inicio de "entrega" de una molécula de aminoácido

Síntesis, consolidación, alargamiento y transferencia de péptidos de la cadena peptídica al sitio A

Site E

Preparación de ARNt "no cargado" para la salida

Las tres etapas:

  1. Iniciación. Durante esta etapa, una pequeña subunidad de ribosoma se une al "extremo inicial" de una cadena de ARNm. El "ARNt iniciador" también entra en la subunidad pequeña. Este complejo luego se une a una gran subunidad de ribosoma. Al comienzo de la cadena de ARNm hay un mensaje de "comenzar a traducir" y una cadena de ARNt "cargada" con un aminoácido específico, ingresa sitio A del ribosoma. Ya se ha iniciado la producción de un polipéptido. Para que el ARNt no sea rechazado, el grupo de código de tres letras que lleva (llamado anticodón) debe coincidir con el grupo de código de tres letras (llamado codón) en la hebra de ARNm ya. en el ribosoma. Esta es una parte muy importante del traducción proceso y es sorprendente cuán pocos "errores de traducción" ocurren. [En general, el aminoácido particular que lleva está determinado por el anticodón de tres letras que lleva, p. Ej. si el código de tres letras es CAG (Cytosina, Adenine, GRAMOuanina) luego seleccionará y transportará el aminoácido glutamina (Gln)].
  1. Alargamiento.This term covers the period between initiation and termination and it is during this time that the main part of the designated protein is made. The process consists of a series of cycles, the total number of which is determined by the mRNA. One of the main events during elongation is translocation. This is when the ribosome moves along the mRNA by one codon notch and a new cycle starts.During the ‘start-up’ process the ‘initiation tRNA’ will have moved to site P (see schematic of ribosome at end of section) and the ribosome will have admitted into site A, a new tRNA ‘charged’ with one amino acid.The ‘charged’ tRNA resides in site A until it has been checked and accepted (or rejected) and until the growing peptide chain attached to the tRNA in site P, has been transferred across by enzymes, to the ‘charged’ tRNA in site A. Here one new amino acid is donated by the tRNA and added to the peptide chain. By this process the peptide chain is increased in length by increments of one amino acid. [The peptide bond formation between the growing peptide chain and the newly admitted amino acid is assisted by peptidyl transferase and takes place in the large ribosome sub-unit. The reaction occurs between tRNA that carries the nascent peptide chain, peptidyl-tRNA and the tRNA that carries the incoming amino acid, the aminoacyl-tRNA]. When this has taken place the tRNA in site P, having transferred its peptide chain, and now without any attachments, is moved to site E the exit site.Next, the tRNA in site A, complete with a peptide chain increased in length by one amino acid, moves to site P. En site P riboproteins act to consolidate the bonding of the peptide chain to the newly added amino acid. If the peptide chain is long the oldest part will be moved out into the cytoplasm to be followed by the rest of the chain as it is produced.The next cycle
    Con site A now empty translocación tiene lugar. The ribosome moves on by a distance of one (three letter) codon notch along the mRNA to bring a new codon into the processing area. tRNA ‘charged’ with an attached amino acid now enters site A, and provided a satisfactory match of the mRNA codon and tRNA anti-codon is made, the cycle starts again. This process continues until a termination stage is reached.
  2. Termination. When the ribosome reaches the end of the mRNA strand, a terminal or ‘end of protein code’ message is flagged up. This registers the end of production for the particular protein coded for by this strand of mRNA. ‘Release factor’ chemicals prevent any more amino acid additions, and the new protein (polypeptide) is completely moved out into the cytoplasm through a cleft in the large sub-unit. The two ribosome sub-units disengage, separate and are re-used or broken down.

  • Nearly all the proteins required by cells are synthesised by ribosomes. Ribosomes are found ‘free’ in the cell cytoplasm and also attached to rough endoplasmic reticulum.
  • Ribosomes receive information from the cell nucleus and construction materials from the cytoplasm.
  • Ribosomas translate information encoded in messenger ribonucleic acid (mRNA).
  • Ellos link together specific amino acids to form polypeptides and they export these to the cytoplasm.
  • A mammalian cell may contain as many as 10 million ribosomes, but each ribosome has only a temporary existence.
  • Ribosomes can link up amino acids at a rate of 200 per minute.
  • Ribosomes are formed from the locking of a small sub-unit on to a large sub-unit. The sub-units are normally available in the cytoplasm, the larger one being about twice the size of the smaller one.
  • Each ribosome is a complex of ribonucleoproteins with two-thirds of its mass is composed of ribosomal RNA and about one-third ribosomal protein.
  • Protein production takes place in three stages: (1) initiation, (2) elongation, and (3) termination.
  • During peptide production the ribosome moves along the mRNA in an intermittent process called translocation.
  • Antibiotic drugs such as streptomycin can be used to attack the translation mechanism in prokaryotes. This is very useful. Unfortunately some bacterial toxins and viruses can also do this.
  • After they leave the ribosome most proteins are folded or modified in some way. This is called ‘post translational modification’.

An overview diagram of protein production, including a note about protein modification.


Neuroendocrinology: The Normal Neuroendocrine System

Vladimir Stanišić , . Bert W. O’Malley , in Progress in Brain Research , 2010

Regulation of steroid hormone receptor availability by modulation of steroid receptor mRNA stability and translation

Regulation of steroid receptor mRNA stability and translation occurs primarily through binding of specific mRNA-binding proteins or micro-RNAs (miRNA) to 3′UTR regulatory elements. Two regulatory elements are most prominent, AU-rich elements (AREs) and C-rich elements. AREs containing multiple copies of a 5′-AUUUA-3′ motif destabilize mRNAs, while C-rich elements are recognized and differentially regulated by poly(C)-binding proteins. The miRNAs are a class of regulatory modalities that interact with specific complementary sequences present in the 3′ UTR region of the receptor’s mRNA. All steroid hormone receptors contain an unusually long 3′UTR and a large number of ARE sequences in the 3′UTR, and allow steroid hormones to auto-regulate the mRNA expression levels of their cognate receptors ( Ing, 2005 ).

The ERα mRNA is 4.3 kb long and has a steady-state half-life of approximately five hours ( Fig. 4 ). The mRNA contains an extensive 3′ UTR which is three times as long as its open reading frame. The ERα 3′UTR is known to contain several regulatory elements including 14 putative class I AREs ( Green et al., 1986 Keaveney et al., 1993 Kenealy et al., 2000 ), but its stability can be altered in response to different stimuli ( Kenealy et al., 2000 ). Proteins such as AUFp45 bind ERα mRNA and increase its stability by protecting it from RNases ( Ing et al., 2008 ). Recently, several miRNAs – miR18a, miR22, miR206 and miR221/222 – have been shown to bind and negatively affect ERα mRNA stability and/or translation ( Adams et al., 2007 Liu et al., 2009 Pandey and Picard, 2009 Zhao et al., 2008b ). Functionally, the expression of miRNAs leads to a decrease in the cellular receptor pool and subsequently to attenuated cellular responses to estrogen stimulation.

Androgen receptor mRNA spans 7 kbs and is extensively regulated post-transcriptionally ( Waltering et al., 2006b ). Towards the 5′ end of the AR 3′UTR, the RNA-binding protein HuR binds and stabilizes mRNA by interacting with AREs. HuR belongs to the Elav/Hu family of RNA-binding proteins, which in addition to being a regulator of mRNA stability also has a function in shuttling AR mRNA from the nucleus to the cytoplasm. Two proteins bind the C-rich elements in the AR mRNA-CP1 and -CP2 both affect AR mRNA stability and the rate of translation ( Wilce et al., 2002 ). Recently, a new regulator of AR mRNA translation, hnRNP-K, has been identified in prostate cancer cells. The hnRNP-K can bind to both the 5′ and 3′ UTR regions as well as the coding region of the AR mRNA to inhibit its translation ( Mukhopadhyay et al., 2009 ). Overall, androgens and progestins generally increase the stability of AR and PR mRNA in prostate and endometrial cancers, respectively ( Ing, 2005 ).

Human GR mRNA contains numerous ARE elements and is subject to post-transcriptional regulation ( Schaaf and Cidlowski, 2002 ). In addition to its regulation by a protein binding to an ARE element in the GR 3′UTR, GR mRNA is also negatively regulated by two miRNAs – miR18 and miR124a. Interestingly, while miR18 is broadly expressed in many tissues, miR124a is exclusively expressed in the brain, suggesting a probable tissue-specific regulatory requirement for controlling GR mRNA expression in the nervous system ( Vreugdenhil et al., 2009 ). Generally, glucocorticoids tend to decrease the stability of GR mRNA in the kidney, liver and colon cells ( Ing, 2005 ).


Engineering RBS issues

Efficiency

Different RBSs bind ribosomes with different efficiencies. While the overall efficiency of translation may not be directly proportional to this RBS-binding efficiency, it is an important variable. In the future, we expect that this data book will have a table such as the following:

Standard BioBrick Ribosome Binding Sites

Part Number Binding Efficiency Secuencia
BBa_B0030 0.6 att aaa gag gag aaa
BBa_B0031 0.07 tca cac agg aaa cc
BBa_B0032 0.3 tca cac agg aaa g


A BioBrick engineer, armed with this table, could perform a first-order re-engineering of the transfer function by measuring a component with BBa_B0031 and then selecting a more appropriate RBS.

In order to allow for easy variation in the RBS, some BioBrick parts have their RBSs and their protein coding regions implemented as separate parts. For convenience, the combined, normalized part is also available. In order to divide the BioBrick part into its RBS and coding region, a set of BioBrick restriction sites must be designed.

Standard Assembly and the RBS

los RBS is physically near the start codon. (In BioBricks, this will always be ATG.) The "sequence logo", similar to a consensus sequence, for the RBS is shown below. The size of each letter is proportional to the frequency of that base in the RBS part.

This figure shows the RBS as an A/G-rich region about 10 bases upstream of the start codon. This leaves little room for a BioBrick restriction enzyme site. The standard assembly method of BioBricks normally results in an 8-base region containing a 6-base mixed SpeI/XbaI restriction site surrounded by a base on each end as shown below. If a start codon followed this sequence, the RBS would be significantly disturbed.

This problem is solved by changing the rightmost base from a G to a T. This results in the sequence shown below and limits the impact of the BioBrick overhead to six bases.


Ver el vídeo: What Are The Potential Downsides To mRNA Vaccines For COVID-19? 5 Points To Know! (Septiembre 2022).


Comentarios:

  1. Kazuru

    A mí una situación similar. Vamos a discutir.

  2. Jumoke

    Es una pena, que ahora no puedo expresar - está muy ocupado. Pero regresaré, necesariamente escribiré lo que pienso sobre esta pregunta.

  3. Earwyn

    La notable respuesta :)

  4. Ambrosius

    Veo que no tienes razón. Estoy seguro. Escribe en PM, hablamos.

  5. Beadurinc

    La pregunta muy divertida

  6. Sajid

    Creo que no tienes razón. Lo discutiremos. Escribe en PM, nos comunicaremos.



Escribe un mensaje