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METABOLISMO DE PROTEÍNASMETABOLISMO DE PROTEÍNAS
República Bolivariana de VenezuelaUniversidad del Zulia
Facultad de OdontologíaUnidad Curricular: Bioquímica
MgSc. Ilya Casanova RomeroMgSc. Mery Bell Maldonado EDr. Alex Barboza MDr. Luis Sarmientos
Metabolismo de ProteínasMetabolismo de ProteínasGeneralidadesGeneralidades
Las proteínas son las moléculas más abundantes y diversas del ser vivo desde el punto de vista funcional. Virtualmente, cada proceso de la vida depende de moléculas de esta clase.
En el hueso, la proteína colágena forma una red para el depósito de cristales de calcio, en tanto que en sangre, la hemoglobina y la albúmina plasmática, se encargan de transportar moléculas esenciales para la vida.
Por ejemplo, las enzimas y hormonas polipeptídicas dirigen y regulan el metabolismo del cuerpo, en tanto que las proteínas contráctiles del músculo le permiten moverse.
Metabolismo de Proteínas MgSc. Mery Maldonado
Metabolismo de ProteínasMetabolismo de ProteínasGeneralidadesGeneralidades
Los aminoácidos (AA) se integran entre sí como sencillos bloques de construcción para formar proteínas las cuales poseen estructuras tridimensionales únicas que las vuelven capaces de desempeñar funciones biológicas específicas. Aunque se han descrito en la naturaleza más de 300 AA diferentes, sólo 20 de ellos suelen encontrarse como constituyentes de las proteínas de los mamíferos.
Cada AA (salvo la prolina) tiene un grupo carboxílico, un grupo amino y una cadena lateral distintiva (“grupo R”) enlazada al átomo del carbono alfa.
La naturaleza de las cadenas laterales es lo que establece la función que desempeña una AA como componente de una proteína.
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Metabolismo de ProteínasMetabolismo de ProteínasGeneralidadesGeneralidades
Debe existir un buen balance nitrogenado en nuestro organismo.
La falta de cualquier AA esencial limita la síntesis proteica.
El elemento crítico en la regulación de este proceso de recambio es el balance nitrogenado reflejado por el Pool de Aminoácidos.
El principal órgano del metabolismo de las proteínas es el HIGADO.
Los AA y proteínas del plasma se mantienen en un nivel constante.
A diferencia de los lípidos y carbohidratos, los AA no se almacenan en el organismo, por lo tanto deben obtenerse de la dieta, sintetizarse de novo u obtenerse a partir de la degradación normal de las proteínas.
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Pool de Pool de AminoácidosAminoácidos
libreslibres
Pool de Pool de AminoácidosAminoácidos
libreslibres
Aminoácidos de la dieta
provenientes de proteínas
Fuentes no proteícas
Productos de desecho
nitrogenados
Proteínas de losTejidos y otras
Sustancias que contienen nitrógeno
Catabolismo
Biosíntesis
Metabolismo de ProteínasMetabolismo de ProteínasFuente de AAFuente de AA
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Metabolismo de ProteínasMetabolismo de ProteínasDigestión y AbsorciónDigestión y Absorción
En general, las proteínas son muy grandes para que elintestino las absorba, por lo tanto deben hidrolizarse hastaobtener sus AA constitutivos.
Las enzimas proteolíticas que se encargan de la degradación de las proteínas se encuentran en tres órganos diferentes: estómago, páncreas e intestino delgado.
La digestión de las proteínas se inicia en el estómago, el cual secreta HCL y cuya función es matar algunas bacterias y desnaturalizar las proteínas para volverlas más susceptibles a su subsecuente hidrólisis por proteasas.
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Proteínas de la dietaProteínas de la dieta
Pepsinas gástricas
(proteasas ácidas)
Tripsina y
Quimiotripsina
Polipeptidos y aminoácidosPolipeptidos y aminoácidos
Oligopeptidos y aminoácidosOligopeptidos y aminoácidos
AminoácidosAminoácidos
Aminopeptidasas
HCl
Metabolismo de ProteínasMetabolismo de ProteínasDigestión y AbsorciónDigestión y Absorción
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Estómago
Pancreas
Proteínas de la Dieta
Polipéptidos y AA
Pepsina
ElastasaCarboxipeptidasasTripsinaQuimotripsina
Intestino delgado
Oligolipéptidos y AA
Aminopeptidasas
AA
Boca
Al Hígado
Metabolismo de ProteínasMetabolismo de ProteínasDigestión y AbsorciónDigestión y Absorción
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Las células del estómago secretan una endopeptidasa estable en medio ácido en forma de proenzima llamado pepsinógeno, el cual se activa a pepsina produciendo liberación de péptidos y de algunos AA libres provenientes de la dieta.
Al llegar al intestino delgado, los grandes polipéptidos formados son ulteriormente fragmentados a oligopéptidos y AA por un grupo de proteasas pancreáticas.
La superficie luminal del intestino contiene aminopeptidasa que degrada repetidamente el residuo N-terminal de los polopéptidos para producir AA libres y pequeños péptidos.
Las células epiteliales del intestino absorben AA libres, los cuales se metabolizarán o liberarán a la circulación general.
Metabolismo de ProteínasMetabolismo de ProteínasDigestión y AbsorciónDigestión y Absorción
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Arg
Phe
Leu
COOH
NH2Tripsina
Elastasa
Quimotripsina
Arg COOHNH2
NH2
COOH
Leu COOHNH2
Phe COOHNH2
NH2
COOH
Oligopéptidos
AA Básico
AA Neutros
Arg
NH2
COOH
Phe
NH2
COOH
Leu
NH2
COOH
Carboxi-Peptidasa B
Carboxi-Peptidasa A
Metabolismo de ProteínasMetabolismo de ProteínasDigestión y AbsorciónDigestión y Absorción
La enteropeptidasa (anteriormente llamada enterocinasa) convierte el tripsinógeno entripsina, entonces la enteropeptidasa desata una actividad proteolítica en cascada porque la tripsina es un activador común para todos los cimógenos pancreáticos.
Digestión de las proteínasde la dieta
Existen cinco proteasas pancreáticas principales, las cuales producen la hidrólisis de los AA en sitios susceptibles de acuerdo al tipo de AA que se encuentre formando parte de la proteína, así:
+H3N C - C - NH - C - C - NH - C - C- NH - C - C - NH - C - C - NH - C - C - NH - C - C - NH - C - C - O - =
OH H
=
O
ArgLis
Tripsina
Enteropeptidasa
Quimotripsina Elastasa Carboxipeptidasa ACarboxipeptidasa B
R
H
=
O
R
TrpTirFenMetLeu
H
=
O
=
OH
AlaGliSer
H
R R
H
=
O
=
OH
A
AlaIleLeuVal
BArgLis
Tripsinógeno Quimiotripsinógeno ProelastasaProcarboxipeptidasa AProcarboxipeptidasa B
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Metabolismo de Proteínas Metabolismo de Proteínas Remoción de nitrógeno de los AARemoción de nitrógeno de los AA
La presencia del grupo amino alfa protege a los AA de la degradación. La remoción del grupo amino alfa es esencial para la producción de energía a partir de cualquier AA, además de ser un paso obligatorio en el catabolismo de los mismos.
Una vez removido, el nitrógeno puede incorporarse en otros compuestos o puede ser excretado cuando se metabolizan los esqueletos carbonados.
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Metabolismo de ProteínasCatabolismo de AA.
TRANSAMINACIÓN:TRANSAMINACIÓN: Es el primer paso en el catabolismo de los AA, donde ocurre la transferencia de sus grupos amino alfa al cetoglutarato alfa.
Los productos son un cetoácido alfa (derivado del AA original) y glutamato. Todos los AA menos Tir y Lis ceden su grupo amino. El alfacetoglutarato desempeña un papel único en elmetabolismo de AA, porque acepta grupos amino procedentes de otros AA, por lo tanto se transforma en glutamato.
El glutamato que se produce por transaminación puede desaminarse en forma oxidativa, o usarse como un donador de grupos amino en la síntesis de AA no esenciales.
Una familia de enzimas llamadas aminotransferasas (conocidas anteriormente como transaminasas) cataliza esta transferencia de grupos amino de un esqueleto carbonado a otro. Estas enzimas se encuentran en el citosol de las células de casi todo el organismo, especialmente en hígado, riñón, intestino y músculo.
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-Aminoácido-Aminoácido-Aminoácido-Aminoácido
-Cetoácido-Cetoácido-Cetoácido-Cetoácido
GlutamatoGlutamatoGlutamatoGlutamato
-Cetoglutarato-Cetoglutarato-Cetoglutarato-Cetoglutarato
Fosfato Fosfato de Piridoxalde Piridoxal
Fosfato Fosfato de Piridoxalde Piridoxal
Fosfato Fosfato de Piridoxaminade Piridoxamina
Fosfato Fosfato de Piridoxaminade Piridoxamina
AminotransferasaAminotransferasa
Metabolismo de ProteínasCatabolismo de AA.
Metabolismo de Proteínas MgSc. Mery Maldonado
Metabolismo de ProteínasCatabolismo de AA.
CH - NH3+
COO-
R
Aminoácido alfa
AminotransferasaEj: AST (TGO) y ALT (TGP)
C = O
COO-
R
Cetoácido alfa
C = O
CH2
COO-
CH2
O = CCOO-
Cetoglutarato alfa
C = O
CH2
COO-
CH2+H3N = C
COO-
Glutamato
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Metabolismo de ProteínasCatabolismo de AA.
DESAMINACIÓNDESAMINACIÓN OXIDATIVAOXIDATIVA:: A cargo de la enzima glutamato deshidrogenasa, induce la liberación de grupos amino en forma de amonio libre.
Estas reacciones ocurren primordialmente en hígado y riñón; aportan cetoácidos alfa que pueden entrar a la vía central del metabolismo energético, y amonio, que es una fuente de nitrógeno en la síntesis de la urea.
GlutamatoGlutamatoGlutamatoGlutamato -Cetoglutarato-Cetoglutarato-Cetoglutarato-Cetoglutarato
Glutamato Glutamato deshidrogenasadeshidrogenasa
NADP+ NADPH
HH22OO NHNH44++
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TRANSDESAMINACIÓNTRANSDESAMINACIÓN: Proceso donde se acoplan la transaminación con la : Proceso donde se acoplan la transaminación con la
desaminación.desaminación.
-Aminoácido-Aminoácido-Aminoácido-Aminoácido
-Cetoácido-Cetoácido-Cetoácido-Cetoácido
GlutamatoGlutamatoGlutamatoGlutamato
-Cetoglutarato-Cetoglutarato-Cetoglutarato-Cetoglutarato
Fosfato Fosfato de Piridoxalde Piridoxal
Fosfato Fosfato de Piridoxalde Piridoxal
Fosfato Fosfato de Piridoxaminade Piridoxamina
Fosfato Fosfato de Piridoxaminade Piridoxamina
AminotransferasaAminotransferasa
NAD(P)
NAD(P)H+H+HH22OO
NHNH44++
Glutamato Glutamato deshidrogenasadeshidrogenasa
Metabolismo de ProteínasCatabolismo de AA.
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Metabolismo de ProteínasToxicidad del Amoniaco
El amoníaco es una base fuerte que puede ocasionar
cambios de pH importantes.
El amoníaco es especialmente tóxico para el cerebro.
Los mecanismo para remover el amoníaco son:
- Convertirlo en Urea en el hígado
- Transportarlo en forma de Glutamina principalmente en el músculo y en el
hígado aun cuando es un mecanismo importante de remoción de amonio en el
sistema nervioso y el mayor mecanismo del cerebro.
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Metabolismo de ProteínasTransporte y excreción de Amonio
En la mayoría de los tejidos
Glutamato
Glutamina
ATP + NH3
Sintetasa de glutaminaADP + Pi
Existen dos mecanismos disponibles para el transporte de amonio desde los tejidos periféricos al hígado y su conversión en urea. El primero que se encuentra en la mayoría de los tejidos, utiliza la sintetasa de glutamina, para combinar amonio con glutamato y formar glutamina, una forma no tóxica de transportar el amonio. Ésta es transportada al hígado donde es degradada por la glutaminasa para producir glutamato y amonio libre.HÍGADO
Glutamato
Piruvato
Glucosa
Alanina
Alfacetoglutarato
ATA
GD
NH3
UREAH2O
GLUTAMINASA
El segundo mecanismo de transporte utilizado primordialmente por el músculo incluye la transaminación del piruvato para formar alanina, la cual es transportada vía sanguínea al hígado, donde se convierte en piruvato nuevamente por transaminación, el cual puede ser utilizado por la vía gluconeogénica para formar glucosa, la cual puede entrar a la sangre y ser utilizada por el músculo a través de una vía denominada ciclo de la glucosa-alanina.
PiruvatoAlanina
GlutamatoAlfacetoglutarato
GlucosaMÚSCULO AminoTransferasade Alanina
GD
NH3
Aminoácidos
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Metabolismo de ProteínasCiclo de la Urea
La urea es la forma principal de desecho de los grupos amino derivados de los AA; representa cerca del 90% de los componentes nitrogenados de la orina.
Un nitrógeno de la molécula de urea es aportado por el NH3 libre y el otro por el aspartato.
El glutamato es el precursor inmediato tanto del amonio (mediante desaminación oxidativa por la glutamato deshidrogenasa) como del nitrógeno del aspartato (mediante la transaminación del oxalacetato por la aspartato aminotransferasa).
El carbono y el oxígeno de la urea derivan del CO2.
La urea se produce en el hígado y se transporta después en la sangre a los riñones para ser excretada en la orina.
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Metabolismo de ProteínasCiclo de la Urea
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Metabolismo de ProteínasCatabolismo de los Esqueletos Carbonados
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Metabolismo de ProteínasClasificación de los AA
GlucogénicosGlucogénicos y
CetogénicosCetogénicos
Alanina
Asparagina Tirosina
Aspartato
Cisteína
Glutamina
Glutamato
Glicina
Prolina
Serina
Arginina Isoleucina Leucina
Histidina Fenilalanina Lysina
Metionina Triptofano
Treonina
Valina
Esenciales
No E
senciales
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Metabolismo de ProteínasValores de Laboratorio
Amoniaco: 10 a 20 mg/100ml 10-80µg/100ml
Alanina aminotransferasa ALT: 0 - 45 UI/L
Aspartato Aminotransferasa AST: 0 - 41 UI/L
Bilirrubina Total: 0,2 - 1,2 mg/100ml (2 - 20,5 µmol/L)
Directa: (Conjugada): 0,1 - 0,4 mg/100ml (< 7 µmol/L)
Indirecta: 0,2 - 0,7 mg/100ml (< 12 µmol/L)
Acido Úrico: Hombres 3 - 9 mg/100ml (0,18 - 0,54 mmol/L)
Mujeres 2,7 - 7,5 mg/100ml (0,15 - 0,45 mmol/L)
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Metabolismo de ProteínasDescarboxilación de AA
Las aminas son el producto de la
descarboxilación de aminoácidos.
Las aminas pueden ser biogenas producidas
por microorganismos.
Ej: Cadaverina, Histamina, Putrescina.
Las aminas naturales o fisiológicas son
producto del metabolismo de animales y
plantas y no están asociadas a
microorganismos.
Ej: Espermidina, Espermina
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Metabolismo de ProteínasSíntesis de Hemoglobina
-OOC-CH2-CH2-CO~CoA
Succinil CoA
-OOC-CH2-NH2
Glicina
Mitocondria-Aminolevulinato
sintetasa -OOC-CH2-CH2-CO-CH2-NH3
- Acido Aminolevulinico
-OOC-CH2-CH2-CO-CH2-NH3
- Acido Aminolevulinico
++
H2O
-ALA deshidratasa
Porfobilinógeno
sintetasa
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Metabolismo de ProteínasSíntesis del grupo Hemo
5 Pasos
Citosol
HEMO
Ferroquelasa
Mitocondria
Fe2+
2 H+
Protoporfirina IX
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Metabolismo de ProteínasFormación de Bilirrubina
HEMOHEMO
BiliverdinaBiliverdina
BilirrubinaBilirrubina
O2, NADPH+H+
NADPFe3+
CO
HemeHeme oxigenasaoxigenasa
BiliverdinaBiliverdina reductasareductasa
NADPH+H+
NADP
BilirrubinaBilirrubina
Transportada Transportada por albúminapor albúmina
2 UDP-ac. glucuronico2 UDP-ac. glucuronico
2 UDP2 UDP
BilirrubinaBilirrubinaDiglucoronidoDiglucoronido
BilirrubinaBilirrubinaDiglucoronidoDiglucoronido
BilisBilis
TransferasaTransferasa
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Metabolismo de Nucleótidos
Bases PúricasBases Púricas
Adenina (A) (ADN y ARN)
Guanina (G) (ADN y ARN)
BasesBases PirimídicasPirimídicas
Citosina (C) (ADN y ARN)
Timina (T) (ADN)
Uracilo (U) (ARN)
Los nucleótidos se componen de una base nitrogenada, un monosacárido pentosa y uno, dos o tres grupos fosfato. Las bases que contienen nitrógeno pertenecen a dos familias de compuestos: las purinas y las pirimidinas.
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Metabolismo de Nucleótidos
Los fosfatos de ribonucleósidos y desoxirribonucleósidos (nucleótidos) son esenciales para todas las células. Sin ellos no pueden producirse ADN ni ARN, y por lo tanto, no pueden sintetizarse proteínas ni las células podrían proliferar.
También sirven como portadores de intermediarios activados en la síntesis de algunos carbohidratos, lípidos y proteínas, y son componentes de varias coenzimas esenciales como la CoA, FAD, NAD+ y NADP+.
Los nucleótidos, como el AMP cíclico (cAMP) y el GMP cíclico (cGMP), sirven como segundos mensajeros en las vías de transducción de señales.
Además, los nucleótidos tienen un papel importante como “moneda energética” de la célula.
Por último, son compuestos reguladores importantes para muchas de las vías del metabolismo intermediario, inhiben o activan enzimas claves.
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Metabolismo de NucleótidosSíntesis de nucleótidos de Purina
6 6
ReaccionesReacciones
Metabolismo de NucleótidosSíntesis de nucleótidos de Purina
GlutaminaGlutamina Carbamilfosfato sintasaGlutamatoGlutamato
TMPTMP UTPUTP
CTPCTP
CarbamilfosfatoCarbamilfosfato
++
N-CarbamoilaspartatoN-Carbamoilaspartato
OroatoOroato
Asp
H2O NADP
NADPH+H+ PRPP
OrodidatoOrodidatoUridilato(UMP)
Uridilato(UMP)
CO2
Metabolismo de NucleótidosSíntesis de nucleótidos de Pirimidina
Metabolismo de NucleótidosDegradación de las Bases Púricas
Ácido ÚricoÁcido ÚricoMetabolismo de Proteínas MgSc. Mery Maldonado
Degradación de lasBases Pirimídicas
Metabolismo de Proteínas MgSc. Mery Maldonado
Metabolismo de ProteínasSíntesis Proteica
La información genética que se almacena en los cromosomas y se transmite a las células hijas mediante la replicación del ADN, se expresa a través de la transcripción del ARN, y en el caso del RNAm, con la traducción ulterior en cadenas polipeptídicas.
La vía de síntesis de proteínas se llama traducción, porque el “lenguaje” de la secuencia de nucleótidos en el RNAm se traduce a una secuencia en el lenguaje de una secuencia de AA.
El proceso de traducción requiere un código genético a través del cual se expresa la información contenida en la secuencia de ácidos nucleicos para producir una secuencia específica de AA.
Cualquier alteración en la secuencia de ácidos nucleicos puede conducir a la inserción de una AA inapropiado en una cadena polipeptídica, originándose una mutación.
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Metabolismo de ProteínasEtapas de la Síntesis Proteica
Activación de los aminoácidos
Iniciación de la Cadena Polipeptídica
Elongación de la Cadena Polipeptídica
Terminación de la Cadena Polipeptídica
Modificación de la Cadena Polipeptídica
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Metabolismo de ProteínasSíntesis Proteica
Metabolismo de Proteínas MgSc. Mery Maldonado
Metabolismo de ProteínasComponentes necesarios para la Traducción
Incluyen todos los AA que se encuentran en el producto terminado, el ARNm que va a traducirse, las moléculas de RNAt, ribosomas funcionales, fuentes de energía y enzimas, así como factores proteicos necesarios para la iniciación, elongación y terminación de la cadena polipeptídica.
A. Aminoácidos: Todos los AA que aparecerán al final de la proteína terminada deben estar presentes al momento de la síntesis.
B. ARN de transferencia: Se necesita al menos un tipo de RNAt por cada AA.
1. Sitio de unión con un AA: Cada ARNt tiene en su extremo 3’ un sitio de unión para un AA específico; se dice que un AA unido con un ARNt está activado.
2. Anticodón: Cada ARNt tiene además una secuencia de nucleótidos de tres bases, el anticodón, el cual reconoce una codón específico en el ARNm. Este codón especifica la inserción del AA en la cadena polipeptídica creciente por ese ARNt.
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Metabolismo de ProteínasActivación de AA
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F. Factores Protéicos: Los factores de iniciación, elongación y terminación (o liberación) son necesarios para la síntesis de péptidos. Algunos de ellos tienen función catalítica, otros parecen estabilizar la maquinaria de síntesis.
Metabolismo de ProteínasComponentes necesarios para la Traducción
G. Se necesitan ATP y GTP como fuente de energía: Se requiere la división de cuatro enlaces de alta energía para la adición de un AA a la cadena polipeptídica en crecimiento: dos del ATP en la reacción de la sintesasa de aminoacil-ARNt, y dos más de GTP (uno para unir el aminoacil-ARNt con el sitio A y otro para el paso de traslado).
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Metabolismo de ProteínasInicio de la Cadena Polipeptídica
La iniciación compromete el ensamblaje de los componentes del sistema de traducción antes que se forme un enlace peptídico. Estos componentes incluyen dos unidades ribosomales, el ARNm que va a traducirse, el aminoacil-ARNt especificado por el primer codón del mensaje, GTP (que proporciona energía al proceso) y factores de iniciación que facilitan el ensamble de este complejo de iniciación.
Metabolismo de Proteínas MgSc. Mery Maldonado
Metabolismo de ProteínasInicio de la Cadena Polipeptídica
Subunidad ribosomal pequeña ARNm
Metabolismo de Proteínas MgSc. Mery Maldonado
Metabolismo de ProteínasInicio de la Cadena Polipeptídica
Subunidad Subunidad Ribosómica GrandeRibosómica Grande
AminoácidosAminoácidos
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Metabolismo de ProteínasInicio de la Cadena Polipeptídica
Metabolismo de Proteínas MgSc. Mery Maldonado
Metabolismo de ProteínasElongación
La elongación consiste en la adición de AA al extremo carboxilo de la cadena en crecimiento. El ribosoma se mueve del extremo 5’ al 3’ del ARNm que se traduce.
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Metabolismo de ProteínasElongación
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Metabolismo de ProteínasElongación
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Metabolismo de ProteínasElongación
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Metabolismo de ProteínasElongación
Metabolismo de Proteínas MgSc. Mery Maldonado
Metabolismo de ProteínasElongación
Metabolismo de ProteínasElongación
Metabolismo de ProteínasTerminación
La terminación ocurre cuando uno de los tres codones de terminación llega al sitio A, los cuales son conocidos como factores de liberación: RF-1, que reconoce los codones de terminación UAA y UAG; RF-2 que reconoce UGA y UAA, y RF-3 que se une con GTP y estimula la actividad de RF-1 y RF-2.
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Metabolismo de ProteínasTerminación
ProteínaProteína
Factor de LiberaciónFactor de Liberación
Estos factores hacen que la proteína recién formada se libere del complejo ribosomal, y al mismo tiempo, separan el ribosoma del ARNm.
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Metabolismo de ProteínasModificación de la CadenaPolipeptídica
Metabolismo de Proteínas MgSc. Mery Maldonado
Sólo esforzándonos y trabajando duro podremos alcanzar nuestras metas.No conozco otra manera.
Renny Otolina
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