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Plegamiento maduracion y degradacion de proteinas...

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modificaciones postraduccionales: plegamiento, maduración y tráfico. Degradación de las proteínas. Proteasoma. Después de la traducción obtenemos un polipéptido en su estructura primaria, que no es funcional. Ha de plegarse y obtener su estructura terciaria para ejercer su función. La vida de la proteínas finaliza cuando las proteínas realizan y terminan su función. La degradación de las proteínas sirve para obtener aa y utilizarlos para formar otras proteínas. Las modificaciones postraduccionales comprenden el plegamiento, la maduración y la distribución de las proteínas. Normalmente las modificaciones postraduccionales se producen antes del plegamiento, pero algunas veces se dan en proteínas ya plegadas. Además hay que tener en cuenta que no todas las proteínas son citosólicas (solubles). Hay proteínas de membrana, o que forman parte de otros orgánulos. Otras son necesarias para la mitocondria (o el cloroplasto) pero están codificadas en el genoma nuclear… toda esta distribución también se considera modificación postraduccional porque dependiendo de su destino y la función que vaya a tener la proteína, se modificará la proteína. Las proteínas tienen una vida media distinta para cada una de ellas y distinta en cada tejido. El ciclo se cierra cuando las proteínas, una vez terminada su función, se degradan por dos mecanismos y rinden aminoácidos que forman el pull que tiene la célula disponible para la formación de nuevas proteínas.

PLEGAMIENTO: El polipéptido, al salir de la maquinaria ribosomal es todavía lineal. Cuando una proteína pasa de estructura lineal a proteína funcional, pasa por un proceso llamado plegamiento. Una proteína al final de la traducción no está plegada y no tiene la estructura secundaria y terciaria que la hace funcional. La función biológica de una proteína depende de su correcto plegamiento. Si una proteína no se pliega correctamente no será capaz de cumplir su función biológica y será degradada. El plegamiento es el proceso por el que una proteína alcanza su conformación tridimensional nativa.-tiene lugar en segundos. Se realiza de forma simultánea a la distribución y a una parte de maduración del polipéptido. Algunos polipéptidos pueden adoptar su conformación nativa de forma espontánea, pero en la mayoría de las proteínas el plegamiento correcto requiere la ayuda de proteínas especiales: chaperonas, chaperoninas, Proteina-disulfuro-isomerasa (PDI), Proteina-prolil-isomerasa (PPI).

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El plegamiento supone cambios conformacionales necesarios para desempeñar ciertas funciones, regular la actividad o no actividad de las proteínas etc. El proceso inverso al plegamiento se conoce como desnaturalización de las proteínas. Una proteína desnaturalizada es una cadena de aminoácidos sin una estructura tridimensional definida ni estable.La estructura terciaria de las proteínas se estabiliza gracias a diferentes tipos de interacciones moleculares: -

Puentes de hidrógeno entre grupos de la cadena lateral de los aminoácidos. Interacciones iónicas entre grupos polares cargados de la cadena lateral de los aminoácidos. Interacciones de Van der Waals entre grupos moleculares sin carga. Interacciones hidrofóbicas.

MADURACION O PROCESAMIENTO DEL PEPTIDO NACIENTE: Puede tener lugar tras finalizar la síntesis, una vez liberado el polipéptido del ribosoma, o más comúnmente, de forma simultánea a la traducción. La maduración implica dos grandes tipos de modificaciones del polipéptido: la modificación de algunos aminoácidos y la escisión proteolítica 1. Modificaciones en los RESIDUOS AMINO- Y CARBOXILO-TERMINALES: los residuos amino y los COOH terminales son los aa que proporcionan en NH2 y el COOH terminales. Deben ser eliminados enzimáticamente para obtener una proteína funcional que carece de dichos residuos. Ej: eliminación del primer residuo formilmetionina (procariotas) o metionina (eucariotas) de la secuencia polipeptídica. En el 50% de las proteínas eucariotas, el residuo amino-terminal es acetilado después de la traducción y previa eliminación del residuo Met. Se aumenta así la resistencia a la degradación. También se acetila, de forma irreversible, el grupo amino en la cadena lateral de residuos Lys en las histonas. 2. Modificación de aminoácidos concretos por: fosforilación ej CTD (Ser, Thr y Tyr), metilación, hidroxilación o la adición de grupos carboxilo Ej: El procolágeno, en su transformación a colágeno, se modifica por hidroxilación de un 50% de sus residuos Pro. Ej: en la protrombina, la presencia de un gran número de residuos -carboxiglutamato ayuda a fijar Ca2+, que es esencial para el inicio de la coagulación .La protrombina se carboxila sus glutamatos dando lugar a la trombina (forma activa) que fija el Ca. Es dependiente de la vit K que es la que hace que se carboxilen los glutamatos. 3. Unión de cadenas laterales de glúcidos. La glicosilación es la unión covalente de cadenas de glúcidos a la cadena lateral de algunos aa, durante o después de la síntesis del polipéptido. Es una modificación frecuente en proteínas de membrana y aquellas con función extracelular.

4. Modificación por lípidos: Unión covalente de lípidos a las proteínas. Puede afectar a las cadenas laterales (residuos Ser, Thr o Cys) o a los extremos terminales del polipéptido. Consecuencias: generalmente se produce una pérdida de Q+ (carga positiva?) y aumento

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de la hidrofobicidad. Función: mejora la capacidad de unión a las membranas y/o determinadas interacciones proteína-proteína. 5. Formación de puentes disulfuro: Es común en proteínas eucariotas que se excretan, ya que los puentes disulfuro, facilitan el plegamiento y protegen la conformación nativa de la proteína frente a la desnaturalización en el medio extracelular (que generalmente es oxidante).ej inmunoglobulinas

6. Adición de grupos prostéticos: Muchas proteínas eucariotas y procariotas requieren para su actividad grupos prostéticos unidos de forma covalente una vez que el polipeptido ha abandonado el ribosoma. Un grupo prostético es el componente no aminoacídico que forma parte de la estructura de algunas proteínas y que se halla fuertemente unido al resto de la molécula. Ej: el grupo hemo de la hemoglobina y mioglobina. Con frecuencia una misma proteína presenta varias modificaciones químicas al mismo tiempo. MODIFICACION POR PROCESAMIENTO PROTEOLITICO Muchas proteínas se sintetizan como precursores grandes e inactivos y son “recortadas” proteolíticamente para dar las formas activas, más pequeñas. Ej: insulina, enzimas digestivos (tripsina, quimotripsina). - En la insulina, la degradación proteolítica se utiliza para eliminar el péptido C, un fragmento interno del precursor (proinsulina), que deja una sola molécula acortada que se pliega para dar la proteína activa (insulina) -El quimotripsinógeno (MW 24kD) da origen a la quimotripsina por separación de 2 dipéptidos. Este precursor es una cadena de 245 aminoácidos que se mantiene unida por dos puentes disulfuro intracatenarios. Su conversión a alfa-quimotripsina se debe a la hidrólisis enzimática por acción de la tripsina y quimotripsina consecutivamente. Se requieren varios cortes en la cadena polipeptídica y dos cambios conformacionales importantes para producir la alfa-quimotripsina, la forma más activa de la enzima. AYUSTE DE PROTEINAS:

Inteinas: Son segmentos internos de proteínas eliminados autocatalíticamente(posen actividad endonucleasa y dan lugar a proteínas endonucleasas) poco después de la traducción. Estos elementos interrumpen la secuencia codificante de los genes, pero a diferencia de los intrones son transcritas y traducidas junto con su proteína “hospedadora”. Las inteínas son comunes a los tres reinos de la vida, y también se encuentran en los genomas de virus y fagos, a pesar de que se distribuyen de forma esporádica y se limitan a los organismos unicelulares.

Aunque eucariotas superiores no albergan inteínas en sus genomas, la proteína hedgehog (Hh), que participa en procesos del desarrollo, es similar a las inteínas tanto en términos

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estructurales como funcionales. Aumenta la diversidad proteica por ello se discute si existe en eucariotas superiores o no.

DISTRIBUCION DE LAS PROTEINAS:

La célula eucariota está constituida por muchas estructuras, compartimentos y orgánulos con funciones distintas (mitocondrias, retículo endoplásmico, núcleo...) que requieren diferentes tipos de proteínas y enzimas. Estas proteínas son sintetizadas en el citosol por los ribosomas (libres o asociados a RE) y deben viajar a muchos lugares diferentes, dentro o fuera de las células, para desarrollar su función. •Las proteínas destinadas a la secreción, la integración de la membrana plasmática o a los lisosomas, generalmente comparten los primeros pasos de una ruta que empieza en el Retículo Endoplásmico seguido del golgi. •Las proteínas mitocondriales, de cloroplastos, peroxisomas o nucleares, utilizan mecanismos distintos. • las proteínas destinadas al citosol permanecen en el lugar de síntesis.

La clave del proceso por el que las proteínas se dirigen a su localización es la presencia de una secuencia de aa denominada secuencia o péptido señal que forman parte de la proteína naciente. Las que no presentan secuencia señal permanecen en el citosol.

PROTEINAS DE TRANSPORTE VESICULAR: Las proteínas de membrana, lisosómicas o secretadas, tienen una secuencia señal que las marca para su traslocación al RE. En eucariotas, la secuencia señal para estas proteínas es habitualmente una secuencia corta de aminoácidos de longitud variable (13-36 aa), situada en su extremo N-terminal , que presenta las siguientes características:  5-15 aa hidrofóbicos.  Al menos 1 residuo cargado positivamente (Lys o Arg) en el extremo aminoterminal (normalmente antes de la secuencia hidrofóbica).  Una corta secuencia en el extremo carboxilo, cerca del sitio de escisión proteolítica rica en aa relativamente polares y de cadena lateral corta como Ala y Gly.

La secuencia señal es frecuentemente eliminada durante el transporte o cuando la proteína ha llegado a su localización final por escisión proteolítica por la acción de una proteasa señal.

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Síntesis de proteínas en el RE La SRP, es una Ribonucleoproteína formada por un RNA 7S y 6 proteínas distintas, una de ellas es una GTPasa crucial para su función.

1. La síntesis de proteínas comienza en ribosomas libres. A poco de comenzar su síntesis la cadena polipeptídica se transloca al lumen gracias a la presencia de la secuencia señal que se sintetiza en los primeros momentos de la traducción y dirige el ribosoma al RE. 2. Al sintetizarse la secuencia señal en el polipéptido naciente, es reconocida por un complejo ribonucleoproteico citosólico denominado SRP: partícula de reconocimiento de la señal. 3. SRP une GTP y detiene temporalmente la elongación del polipéptido en el ribosoma bloqueando la entrada de nuevos tRNA. La SRP tiene GTP unido, interacciona con el ribosoma a la par que reconoce la secuencia señal y lo más importante: paraliza temporalmente la unión de más aminoacil-tRNA (Ojo, interrumpe, no aborta!!). Esto no ocurre en las proteínas citosólicas o dirigidas a orgánulos celulares. 4. SRP dirige el ribosoma a los receptores de SRP situados en la cara citosólica del RE rugoso. Estos receptores también están ligados a GTP (proteína receptora de SRP). El complejo queda anclado en la membrana del RE interaccionando con una proteína receptora del ribosoma (riboforina). 5. Se hidroliza el GTP tanto de la SRP como de su receptor. SRP se disocia del ribosoma. 6. Se reanuda la síntesis del polipéptido que va siendo introducido al interior (luz) del RER por acción del complejo de translocación o translocón (con gasto de ATP). 7. La secuencia señal ya no es necesaria y es eliminada por una peptidasa, proteína integral de membrana ubicada dentro de la luz del RER. 8. Cuando finaliza la síntesis del polipéptido, la proteína queda sintetizada en el interior del RE. El ribosoma se disocia y es reciclado. Dentro del RE, dependiendo de cuál sea la proteína que se va a secretar, algunas pueden sufrir modificaciones.

Papel de la glicosilación en el destino de proteínas. Las proteínas recién sintetizadas, tras la eliminación del péptido señal, son modificadas de diversas maneras en la luz del RER (plegamiento, puentes disulfuro, glicosilación).Es la modificación postraduccional más compleja y más importante: adición de unidades glucidicas sobre cadenas lateral de aa. Algunos autores apuntan a que es un proceso cotraduccional ya que va sucediendo mientras va apareciendo la cadena polipeptídica. La mayor parte de las proteínas que son secretadas o unidas a la membrana plasmática se encuentran glicosiladas. Es una marca muy significativa en las proteínas que se están sintetizando. Los glúcidos se pueden unir mediante: -

Enlace tipo O: en el aparato de Golgi. Enlace tipo N: en el RE. 5

Muchas glicoproteínas son N- glicosiladas en residuos de Asn. Los oligosacáridos unidos por enlaces N son muy variados, pero sus rutas de formación tienen un paso común. Las proteínas N-glicosiladas se desplazan desde el RE al aparato de Golgi (Cis Golgi o extremo receptor) en el interior de vesículas de transporte. En el Golgi se produce la O-glicosilación de residuos de Ser y Thr de las proteínas y los oligosacáridos unidos por enlace N sufren modificaciones adicionales.Las O-glicosilaciones son modificaciones mucho más sencillas y ocurren a nivel postraduccional.(ya cuando la proteína es sintetizada totalmente, no cotraduccional) En el Golgi también se clasifican las proteínas para ser enviadas a sus destinos finales (Trans Golgi o extremo exportador). Las glicoproteínas en su conjunto no tienen función común definida por la glicosilación. Sin embargo, la adición de azúcares tiene un papel esencial en la estructura y en la función de cada una de ellas: -

Contribuye a establecer la conformación de la proteína. Aumenta la estabilidad (calor) y resistencia (proteasas) y como consecuencia aumenta su vida media en el plasma. Aumenta la solubilidad y por tanto facilita su interacción con células del entorno. Aporta dominios estructurales de interacción con receptores específicos y son determinantes antigénicos importantes. Marcador específico de tejidos.

Cuando una proteína adquiere un componente glucídico, le confiere una alteración estructural de tal calibre que hace que una proteína poco estable frente a determinadas condiciones (proteasas, temperaturas…) aumente su estabilidad. Puesto que las glicosiladas son fundamentalmente las proteínas que van a tener un destino final extracelular, la glicosilación les confiere la posibilidad de ser reconocidas en otros tipos celulares. La glicosilación de proteínas es importante para que funcionen estas proteínas como determinantes antigénicos. ¿Cómo alcanzan las proteínas de membrana, lisosómicas o de secreción su destino correcto? Finalmente, las proteínas deben ser seleccionadas y enviadas a sus destinos finales. •Con independencia del destino, los principios de transporte son los mismos, y está mediado por vesículas de transporte que emergen desde el RE. •La proteína recién sintetizada quedará flotando en el lumen del RE, hasta unirse a una proteína integral de membrana llamada receptor de carga (COP). Las COP formaran una yema (completar dibujo con ppt) que reconoce varias características de la carga proteica. •Esta unión secuestra la carga proteica en una pequeña región de la membrana donde posteriormente puede formar una yema. Las yemas se liberan para constituir las vesículas de transporte y transportar la proteína a un destino específico dirigidas por las proteínas v-SNARE y t-SNARE. V-SNARE(v: vesícula)sustituyen a las COP en primer lugar rodean a las vesículas de transporte formadas en el RE que modificaran las proteínas para identificar su destino, es específica y será diferente para las de los lisosomas. Las T-SNARE complementan a las V-SNARE que lleva la vesícula con la proteína de secreción en su interior yhace posible la liberación de la vesículas de excrecion. PROTEINAS CON DESTINO A MITOCONRIAS Y CLOROPLASTOS 6

Son proteínas codificadas por el genoma nuclear y sintetizadas en el citosol, cuyo destino son las mitocondrias y los cloroplastos. Se basan en secuancias señal amino-terminales. Es una secuencia líder de 20-80 aa donde abundan los aa cargados + (lys, Arg). Las rutas de estos orgánulos comienzan solamente después de que la proteína precursora haya sido sintetizada completamente y liberada del ribosoma.(diferencia con otras rutas de destino de proteínas). Las proteínas de la matriz mitocondrial deben atravesar las dos membranas mitocondriales, por lo que deben encontrarse desplegadas. Para ello primero se unen a chaperonas citosólicas que dirigen las proteínas a dos complejos de traslocación o traslocón(TIM: interno; TOM: externo).que albergan proteínas receptoras y proteínas que formaran el canal de paso. Cuando TOM reconoce al péptido señal la maquinaria reconoce el transporte, y gasta ATP para introducirlo. Los sistemas de translocación (TOM y TIM) transportan la proteína hasta su destino final dentro del orgánulo, que una vez alcanzado se elimina la secuencia señal. El péptido señal poseerá carga+ ya que en el interior mitocondrial hay un entorno – debido a la cadena transportadora de electrones. Esta contrariedad de cargas favorece la introducción del péptido.

PROTEINAS CON DESTINO NUCLEAR: El transporte de moléculas desde el citosol al núcleo y viceversa (las proteínas entran y cuando ejercen su función vuelve a salir.) implica más de 106 macromoléculas por minuto. El transporte es bidireccional y tiene lugar a través de los poros nucleares: NuclearPoreComplexes. Las proteínas más grandes que no cupieran por los poros nucleares lo harían a través de complejos de membrana. Una proteína con una señal de localización nuclear apropiada (NLS) se una a un complejo de proteínas llamada importinas (alfa y beta). La NLS puede ocupar varias posiciones dentro de la proteína no tiene por qué encontrarse en el NH2 terminal y no desaparece de la proteína cuando ya ha alcanzado su destino. La importina alfa reconoce la secuencia de señalización. El complejo resultante se una a un poro nuclear y se transloca. La importina se una al péptido, el poro lo detecta y la transporta al interior. Al introducirse dentro del núcleo, el péptido pierde la interacción con beta importina debido a la unión de esta con Ran-GTP. La importina alfa se une a Ran-GTP y CAS (proteína de susceptibilidad apoptosis celular), liberándose la proteína nuclear (paso 4). Alfa, beta y CAS tienen que ser transportados fuera del núcleo para reutilizarse, y lo hacen cuando Ran hidroliza GTP(queda Ran-GDP)

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Ran-GDP se una a NTF2 y es transportado de regreso al núcleo (en el núcleo se requiere GTP). RanGEF promueve el intercambio de GDP a GTP en el núcleo y ran-GTP está listo para procesar otro complejo de importina con una proteína NLS. También existen exportinas que sacan las proteínas al exterior del núcleo que reconocen la secuencia de salida NES.

DEGRADACION DE PROTEINAS: La degradación de proteínas impide la acumulación de proteínas defectuosas (por síntesis o funcionamiento) o innecesarias y permite el reciclaje de los aminoácidos. La degradación también es importante en el control de la concentración de enzimas reguladoras clave de las rutas metabólicas.La degradación no supone solo la eliminación de proteínas sino también sirve para regular los procesos celulares, como la inflamación, coagulación etc. Las proteínas son degradadas por sistemas proteolíticos especializados presentes en las células y son reemplazadas por proteínas nuevas, en un proceso denominado recambio proteico. Las diversas proteínas se diferencian de forma significativa en sus velocidades de recambio: su vida media puede variar desde pocos segundos a muchos días. (Ej. Hemoglobina 110 días) e incluso años (proteínas del cristalino). Parece que dependiendo del residuo N-terminal, la vida media de la proteína será mayor o menor. El recambio proteico de las proteínas defectuosas y de vida media corta ...