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Factor de liberación

Un factor de liberación es una proteína que permite la terminación de la traducción al reconocer el codón de terminación o de parada en una secuencia de ARNm . Se denominan así porque liberan nuevos péptidos del ribosoma.

Fondo

Durante la traducción del ARNm, la mayoría de los codones son reconocidos por moléculas de ARNt "cargadas", llamadas aminoacil-ARNt , porque están adheridos a aminoácidos específicos correspondientes al anticodón de cada ARNt . En el código genético estándar , hay tres codones de terminación del ARNm: UAG ("ámbar"), UAA ("ocre") y UGA ("ópalo" o "oscuro"). Aunque estos codones de terminación son tripletes al igual que los codones ordinarios, no son decodificados por los ARNt. Mario Capecchi descubrió en 1967 que, en cambio, los ARNt no reconocen normalmente los codones de terminación en absoluto, y que lo que él llamó "factor de liberación" no era una molécula de ARNt sino una proteína. [1] Más tarde, se demostró que diferentes factores de liberación reconocen diferentes codones de terminación. [2]

Clasificación

Existen dos clases de factores de liberación. Los factores de liberación de clase 1 reconocen codones de terminación; se unen al sitio A del ribosoma de una manera que imita la del ARNt , liberando el nuevo polipéptido a medida que desmonta el ribosoma. [3] [4] Los factores de liberación de clase 2 son GTPasas que mejoran la actividad de los factores de liberación de clase 1. Ayudan a que el RF de clase 1 se disocie del ribosoma. [5]

Los factores de liberación bacterianos incluyen RF1, RF2 y RF3 (o PrfA, PrfB, PrfC en la nomenclatura del gen "factor de liberación de péptidos"). RF1 y RF2 son RF de clase 1: RF1 reconoce UAA y UAG mientras que RF2 reconoce UAA y UGA. RF3 es el factor de liberación de clase 2. [6] Los factores de liberación eucariotas y arqueales se nombran de manera análoga, con el nombre cambiado a "eRF" para "factor de liberación eucariota" y viceversa. a/eRF1 puede reconocer los tres codones de terminación, mientras que eRF3 (las arqueas usan aEF-1α en su lugar) funciona igual que RF3. [6] [7]

Se cree que los factores de liberación bacterianos y arqueoeucariotas evolucionaron por separado. Los dos grupos de factores de clase 1 no muestran homología de secuencia o estructural entre sí. [8] [9] La homología en la clase 2 se limita al hecho de que ambos son GTPasas . Se cree que (b)RF3 evolucionó a partir de EF-G mientras que eRF3 evolucionó a partir de eEF1α . [10]

De acuerdo con su origen simbiótico, las mitocondrias y los plástidos eucariotas utilizan factores de liberación de clase I de tipo bacteriano. [11] Hasta abril de 2019 , no se pueden encontrar informes definitivos de un factor de liberación de clase II organular.

Genes humanos

Estructura y función

Se han resuelto las estructuras cristalinas del ribosoma 70S bacteriano unido a cada uno de los tres factores de liberación, revelando detalles en el reconocimiento de codones por RF1/2 y la rotación similar a EF-G de RF3. [12] Se han obtenido estructuras crio-EM del ribosoma 80S de mamífero eucariota unido a eRF1 y/o eRF3, proporcionando una visión de los reordenamientos estructurales causados ​​por los factores. El ajuste de las imágenes EM a las estructuras cristalinas previamente conocidas de las partes individuales proporciona la identificación y una visión más detallada del proceso. [13] [14]

En ambos sistemas, el (e)RF3 de clase II se une al sitio universal GTPasa en el ribosoma, mientras que los RF de clase I ocupan el sitio A. [12]

Bacteriano

Los factores de liberación bacterianos de clase 1 se pueden dividir en cuatro dominios. Los dominios catalíticamente importantes son: [12]

Como RF1/2 se encuentra en el sitio A del ribosoma, los dominios 2, 3 y 4 ocupan el espacio en el que se cargan los ARNt durante la elongación. El reconocimiento del codón de terminación activa el RF, lo que promueve un cambio de conformación de compacto a abierto, [15] enviando el motivo GGQ al centro de la peptidil transferasa (PTC) junto al extremo 3' del ARNt del sitio P. Por hidrólisis del enlace éster peptidil-ARNt, que mostró dependencia del pH in vitro , [16] el péptido se corta y se libera. RF3 todavía es necesario para liberar RF1/2 de este complejo de terminación de la traducción. [12]

Después de liberar el péptido, todavía se requiere el reciclaje ribosomal para vaciar el ARNt y el ARNm del sitio P para que el ribosoma vuelva a ser utilizable. Esto se hace dividiendo el ribosoma con factores como IF1 – IF3 o RRF – EF-G . [17]

Eucariotas y arqueas

eRF1 se puede dividir en cuatro dominios: N-terminal (N), medio (M), C-terminal (C), más un minidominio:

A diferencia de la versión bacteriana, eRF1–eRF3–GTP se une para formar un subcomplejo, a través de un GRFTLRDmotivo en RF3. El reconocimiento del codón de terminación hace que eRF3 hidrolice el GTP, y el movimiento resultante coloca el GGQ en el PTC para permitir la hidrólisis. El movimiento también provoca un movimiento de +2 nt de la huella del complejo de preterminación. [13] El complejo arqueal aRF1–EF1α–GTP es similar. [18] El mecanismo de activación es similar al de aa-ARNt – EF-Tu –GTP. [14]

Un sistema homólogo es Dom34/ Pelota –Hbs1, un sistema eucariota que descompone los ribosomas estancados. No tiene GGQ. [14] El reciclaje y la descomposición están mediados por ABCE1 . [19] [20]

Referencias

  1. ^ Capecchi MR (septiembre de 1967). "Terminación de la cadena polipeptídica in vitro: aislamiento de un factor de liberación". Actas de la Academia Nacional de Ciencias de los Estados Unidos de América . 58 (3): 1144–1151. Bibcode :1967PNAS...58.1144C. doi : 10.1073/pnas.58.3.1144 . PMC  335760 . PMID  5233840.
  2. ^ Scolnick E, Tompkins R, Caskey T, Nirenberg M (octubre de 1968). "Factores de liberación que difieren en especificidad para los codones terminadores". Actas de la Academia Nacional de Ciencias de los Estados Unidos de América . 61 (2): 768–774. Bibcode :1968PNAS...61..768S. doi : 10.1073/pnas.61.2.768 . PMC 225226 . PMID  4879404. 
  3. ^ Brown CM, Tate WP (diciembre de 1994). "Reconocimiento directo de señales de parada de ARNm por el factor de liberación de cadena polipeptídica dos de Escherichia coli". The Journal of Biological Chemistry . 269 (52): 33164–33170. doi : 10.1016/S0021-9258(20)30112-5 . PMID  7806547.
  4. ^ Scarlett DJ, McCaughan KK, Wilson DN, Tate WP (abril de 2003). "Mapeo de motivos funcionalmente importantes SPF y GGQ del factor de liberación decodificador RF2 al ribosoma de Escherichia coli mediante la huella de radicales hidroxilo. Implicancias para el mimetismo macromolecular y cambios estructurales en RF2". The Journal of Biological Chemistry . 278 (17): 15095–15104. doi : 10.1074/jbc.M211024200 . PMID  12458201.
  5. ^ Jakobsen CG, Segaard TM, Jean-Jean O, Frolova L, Justesen J (2001). "[Identificación de un nuevo factor de liberación de terminación eRF3b que expresa la actividad de eRF3 in vitro e in vivo]". Molekuliarnaia Biologiia . 35 (4): 672–681. PMID  11524954.
  6. ^ ab Weaver RF (2005). Biología molecular . Nueva York, NY: McGraw-Hill. págs. 616–621. ISBN 978-0-07-284611-9.
  7. ^ Saito K, Kobayashi K, Wada M, Kikuno I, Takusagawa A, Mochizuki M, et al. (noviembre de 2010). "Función omnipotente del factor de elongación 1 alfa de las arqueas (EF1α) en la elongación y terminación de la traducción, y en el control de calidad de la síntesis de proteínas". Actas de la Academia Nacional de Ciencias de los Estados Unidos de América . 107 (45): 19242–19247. Bibcode :2010PNAS..10719242S. doi : 10.1073/pnas.1009599107 . PMC 2984191 . PMID  20974926. 
  8. ^ Buckingham RH, Grentzmann G, Kisselev L (mayo de 1997). "Factores de liberación de la cadena polipeptídica". Microbiología molecular . 24 (3): 449–456. doi : 10.1046/j.1365-2958.1997.3711734.x . PMID  9179839. Los métodos estándar de comparación de secuencias no muestran una similitud significativa entre los factores procariotas RF1/2 y RF1.
  9. ^ Kisselev L (enero de 2002). "Factores de liberación de polipéptidos en procariotas y eucariotas". Structure . 10 (1): 8–9. doi : 10.1016/S0969-2126(01)00703-1 . PMID  11796105.
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  20. ^ Hellen CU (octubre de 2018). "Terminación de la traducción y reciclaje de ribosomas en eucariotas". Cold Spring Harbor Perspectives in Biology . 10 (10): a032656. doi :10.1101/cshperspect.a032656. PMC 6169810 . PMID  29735640. 

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