Síntesis y Modificación de Proteínas
La síntesis y modificación de proteínas es la vía celular que convierte la información genética transportada por el ARN mensajero en proteínas funcionales. Abarca la traducción del ARNm en los ribosomas, el plegamiento del polipéptido naciente en su forma tridimensional (a menudo asistido por chaperonas moleculares), los cambios químicos covalentes que diversifican la función de las proteínas después de la síntesis, y los sistemas de control de calidad que deciden si una proteína se mantiene o se degrada. Juntos, estos pasos determinan la cantidad de cada proteína que produce una célula y la forma que adopta.
Definition
La síntesis y modificación de proteínas denota el conjunto integrado de procesos mediante los cuales los ribosomas traducen el ARNm en polipéptidos y mediante los cuales esos polipéptidos son posteriormente plegados, modificados químicamente, controlados en cuanto a su calidad y, o bien retenidos como proteínas funcionales, o bien dirigidos a la degradación.
Scope
Esta área orienta al lector sobre todo el arco desde el ARN codificante hasta la proteína madura, funcional o eventualmente destruida. Agrupa cuatro temas: ribosomas y traducción; plegamiento de proteínas y chaperonas moleculares; modificaciones postraduccionales; y control de calidad y degradación de proteínas. Es una referencia estructural y molecular dentro de la biología celular y no ofrece consejos de manejo clínico.
Sub-topics
Core questions
- ¿Cómo se lee la secuencia de nucleótidos del ARNm y se convierte en una secuencia de aminoácidos?
- ¿Cómo logra un polipéptido lineal alcanzar de manera fiable su estado plegado funcional dentro de la célula abarrotada?
- ¿Cómo las modificaciones covalentes amplían el repertorio funcional de un conjunto fijo de productos génicos?
- ¿Cómo distingue la célula las proteínas correctamente formadas de las defectuosas y elimina estas últimas?
Key concepts
- Traducción de ARNm en ribosomas
- El ribosoma como ribozima (actividad peptidil transferasa)
- Plegamiento cotraduccional y postraduccional
- Chaperonas moleculares
- Modificación postraduccional
- Control de calidad de proteínas
- Proteostasis
Key theories
- Hipótesis termodinámica de Anfinsen
- La estructura tridimensional nativa de una proteína está determinada por su secuencia de aminoácidos y corresponde, bajo condiciones fisiológicas, a la conformación de menor energía libre, lo que implica que la información de plegamiento está codificada en la propia secuencia.
- Concepto de red de proteostasis
- La homeostasis de las proteínas se mantiene mediante una red integrada de maquinaria de síntesis, plegamiento, tráfico y degradación cuyo equilibrio puede adaptarse, y cuya falla subyace a una serie de enfermedades conformacionales.
Mechanisms
Los ribosomas leen los codones del ARNm y, utilizando ARNt-aminoacil, catalizan la formación de enlaces peptídicos a través de su centro de peptidil transferasa basado en ARN, por lo que el ribosoma es fundamentalmente una ribozima. A medida que la cadena emerge, comienza a plegarse, frecuentemente ayudada por chaperonas moleculares que previenen la agregación y promueven el estado nativo predicho por el paisaje de energía libre de la secuencia. Muchas proteínas son luego alteradas químicamente por modificaciones postraduccionales como la fosforilación, la glicosilación y la ubiquitinación, que ajustan la actividad, la localización y la estabilidad. En todo momento, los sistemas de control de calidad monitorean la fidelidad del plegamiento y dirigen las proteínas mal plegadas o innecesarias a la degradación, manteniendo el proteoma en equilibrio.
Clinical relevance
Las fallas en cualquier punto de esta vía se asocian con enfermedades: el mal plegamiento y la agregación son características de las condiciones neurodegenerativas, y la alteración de la degradación o la capacidad de las chaperonas contribuye a otros trastornos. La comprensión de la vía normal proporciona la base conceptual para interpretar tales condiciones y para la investigación dirigida a la proteostasis; esta entrada describe los mecanismos y no dirige el diagnóstico o tratamiento individual.
History
El reconocimiento de que los ribosomas sintetizan proteínas, que el código genético se lee codón por codón y que la secuencia dicta el plegamiento (Anfinsen, 1973) estableció el núcleo del campo a mediados del siglo XX. Trabajos estructurales posteriores revelaron el núcleo catalítico de ARN del ribosoma (Nissen et al., 2000), mientras que los conceptos de chaperona y proteostasis (Hartl et al., 2011; Balch et al., 2008) y la química sistemática de las modificaciones (Walsh et al., 2005) extendieron la imagen desde la síntesis hasta un ciclo de vida proteico regulado y de por vida.
Key figures
- Christian Anfinsen
- Thomas Steitz
- F. Ulrich Hartl
- Christopher Walsh
Related topics
Seminal works
- anfinsen-1973
- nissen-2000
- hartl-2011
- walsh-2005
Frequently asked questions
- ¿Es la síntesis de proteínas lo mismo que la expresión génica?
- Es la parte de la expresión génica a nivel de proteínas. La expresión génica también incluye la transcripción del ADN en ARN; la síntesis y modificación de proteínas abarca lo que sucede desde el ARN mensajero en adelante, terminando con una proteína madura o degradada.
- ¿Por qué una proteína necesita modificación después de ser sintetizada?
- La traducción produce una cadena de aminoácidos, pero el plegamiento, las modificaciones químicas y el control de calidad determinan si esa cadena se convierte en una proteína estable, correctamente localizada y activa, lo que amplía enormemente lo que un genoma fijo puede hacer.