Este documento trata sobre la regulación de la expresión génica a través de la modificación postraduccional de proteínas. Explica que existen más de 200 tipos de modificaciones postraduccionales que regulan la funcionalidad, localización y interacciones de las proteínas. Describe algunos tipos importantes de modificaciones como la glicosilación, fosforilación y ubiquitinación, indicando sus mecanismos y funciones en la regulación de proteínas.

1. BIOLOGIA MOLECULAR
BQF. Luiggi O. Solano Maza, Mg, Sc.
losolano@utmachala.edu.ec

2. UNIDAD III: Regulación de la
expresión génica
Indicar los procesos de regulación génica desde la
transcripción de ADN a ARN hasta la modificación
postraduccional de la proteína para la comprensión de las
alteraciones intracelulares.

3. - Modificación postraduccional
TEMA 8
• Introducción a la Modificación postraduccional
• Elementos de modificación e importancia
• Análisis de caso clínico
OBJETIVO: Describir los conceptos y términos relacionados a la
regulación de la expresión génica, a través del análisis bibliográfico, para
conocimiento del estudiante.

4. INTRODUCCION
La expresión de los genes en todos los organismos procariotas y eucariotas, está controlada por
una gran variedad de mecanismos. La mayoría de los procesos biológicos son regulados por
modificaciones postraduccionales de las proteínas, y las condiciones que interrumpen la
regulación de tales acontecimientos pueden conducir al desarrollo de una enfermedad.
Como las modificaciones se realizan ya iniciada la traducción se
denominan modificaciones postraduccionales.
En estas modificaciones participan remociones de aminoácidos (generalmente se separa el
aminoácido metionina o aminoácido iniciador); la adición de uno o varios grupos
químicos, y la asociación de iones o coenzimas (grupo prostético) en algunas enzimas.
Todas estas modificaciones son necesarias para darle actividad a la proteína.
Los principales mecanismos de modificaciones postraduccionales son los producidos en la
etiqueta señal, en algunos residuos de aminoácidos (glucosilación, fosforilación, hidroxilación,
acetilación, etcétera) y la proteólisis.

5. Las modificaciones postraduccionales
Modificación postraduccional
Modificaciones covalentes de la estructura de una proteína
Función: regular la funcionalidad
localización celular
interacción con otras proteínas
>200 tipos: gran variabilidad
presentes en el 80% de las proteínas de eucariontes: alta frecuencia
Secuencias consenso que determinan la existencia de una modificación
Æ Predicción bioinformática

6. TIPOS DE MODIFICACIONES EN LAS PROTEINAS (I)
Formación de enlaces covalentes
Puentes disulfuro entre Cys
Unión de pequeñas moléculas
fosforilación – grupos fosfato
O- y N-glicosilación – monosacáridos
hidroxilación – grupos hidroxilo
acilación – grupos acilo
metilación – grupos metilo
amidación – grupos amida
Union de otras proteínas: ubiquitinación
SUMOilación

7. Tipos de modificaciones en las proteínas (II)
Rotura de enlaces covalentes
Proteolisis: escisión de un fragmento proteico y activación de la proteína
Autoproteolisis
Rotura de secuencias señal: peptidasas de la señal
Proteolisis intramolecular
neuropéptidos hormonas
(insulina) morfógenos
(notch, shh) activación
de zimógenos
cascada de coagulación sanguínea

8. Tipos de modificaciones en las proteínas (III)
Según el aminoácido modificado
Extremo N-t: formilación, acetilación, acilación, mistirilación, glicosilación
Extremo C-t: metilación, ADP-ribosilación
Arg: acetilación, metilación, ADP-ribosilación
Asn: N-glicosilación, metilación, desamidación
Asp: metilación, hidroxilación
Cys: formación de puentes disulfuro, de SelenoCys
acilación, prenilación, unión de grupos prostéticos (hemo)
Glu: metilación, carboxilación, ADP-ribosilación
Gln: desamidación

9. Tipos de modificaciones en las proteínas (IV)
His: metilación, fosforilación, ADP-ribosilación
Lys: N-acetilación, metilación, oxidación, hidroxilación, ubiquitinación
Met: formación de sulfóxidos
Phe: β-hidroxilación, O-glucosilación
Pro: hidroxilación, O-glicosilación
Ser: fosforilación, O-glicosilación, acetilación
Thr: fosforilación, O-glicosilación, metilación
Trp: β-hidroxilación
Tyr: fosforilación, yodación, adenilación, sulfatación, hidroxilación

10. LOCALIZACION DE LAS MODIFICACIONES POSTRADUCCIONALES (I)
Núcleo: acetilación, fosforilación (no exclusivas)
Lisosoma: resto manosa-6P en proteínas lisosomales
Mitocondria: N-formilación
Aparato de Golgi: N- y O-glicosilación, sulfatación, palmitiolación
Retículo endoplasmático (ER): N-glicosilación, unión a fosfatidil-inositol
Citosol: acetilación, metilación, fosforilación
Ribosoma: mistirilación
Membrana plasmática: N- y O-glicosilación, unión a fosfatidil-inositol
Fluido extracelular: N- y O-glicosilación, acetilación, fosforilación
Matriz extracelular: N- y O-glicosilación, fosforilacion, hidroxilacion, sulfatación

11. T
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Localización de las modificaciones postraduccionales (II)
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Una misma proteína puede presentar mas de una modificación postraduccional
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12. GLICOSILACION
Una de las formas más comunes de modificación proteica está representada por la glucosilación. Se le da
este nombre debido a que se unen de manera covalente las cadenas de oligosacáridos (glicanos), con
algunos aminoácidos de la cadena proteica y en general no desempeña un papel en la regulación de la
actividad de la proteína.
Sin embargo, debido al fenómeno hidrofílico de los azúcares, mantienen la solubilidad de las
glicoproteínas y aseguran el plegamiento correcto de los dominios, por lo que dan la estabilidad
extracelular de la proteína contra la degradación. Esta modificación es frecuente en proteínas de
membrana, y casi no se observan en proteínas intracelulares; se observa en eucariotas y virus, pero no en
procariotas.

13. GLICOSILACION
La modificación postraduccional más importante y más compleja
Adición de unidades glucídicas sobre cadenas laterales de αα
Muy frecuente en proteínas extracelulares de membrana plasmática o secretadas
Glucoproteínas: Pm de la cadena proteica > Pm de la parte glucídica
vs.
Proteoglucanos: Pm de la parte glucídica > Pm de la cadena proteica

14. Funciones de la Glicosilación
Aumenta la solubilidad de la proteína
Aumenta la vida media de las proteínas secretadas
Æ protección contra proteasas y otras enzimas proteolíticas
Reconocimiento celular por proteínas de membrana
Marcador específico de tejidos
Desarrollo de tejidos y modificación de señales extracelulares
Soporte estructural
Proteoglucanos de la matriz extracelular

15. Glicosilacion de proteínas
La glicosilación tiene lugar fundamentalmente en el ER y Golgi
El plegamiento de glicoproteínas requiere de chaperones del ER
Lectinas: proteínas que “leen” el código glucídico e intervienen en el
reconocimiento celular, señalización, adhesión y destino celular de las proteínas
Tipos de glicosilación
Asn
GalNAc Ser GlcNAc
O-glicosilación N-glicosilación

16. N-GLICOSILACION (I)
Sobre Asn
Secuencia consenso N-X-T/S/C; X ≠ ProÆ predicción bioinformática
Tiene lugar en el ER
Núcleo común para todas las N-glicosilaciones: NAcGlc2Man3
Reconocido por las lectinas y por las N-glicanasas (PNGaseF)
Man
α 1,6 β 1,4
β 1,4
Man Man
α 1,3
Asn
NAcGlc
NAcGlc
Núcleo de las N‐glicosilaciones
NAcGlc2Man3

17. N-glicosilación (II)
Modelos de glicosilación
Tipo rico en manosa
Tipo complejo: NAcGlc, Gal, manosa, ácido siálico y
fructuosa
Híbrido
Síntesis en varios pasos
1. Síntesis sobre de un intermediario sobre el dolicol-P de la membrana del ER
2. Transferencia sobre la proteína que tenga la secuencia consenso
Molécula lipídica muy hidrofóbica

18. N-glicosilación (III)
Dolicol-P
Lípido altamente hidrofóbico compuesto por 20 isoprenos (C5)
Localizado en la membrana del retículo endoplasmático liso
n = 15 ‐ 19
Estructura del dolicol‐P
Dadores de azúcares activados y del dolicol
UDP, GDP & dolicol-PP

19. FOSFORILACIÓN (I)
Formación de un éster fosfórico
Entre un grupo –OH de la cadena lateral de Ser, Thr & Tyr y un grupo fosfato
Fosfato donado por el ATP
Alta frecuencia de aparición
1 de cada 8 proteínas esta fosforilada, muchas veces, en varios residuos
Función
Regulación de la función proteica: al alterar la estructura y la actividad
proteína (aparición de un grupo cargado negativamente)
de una
Fosfo‐Ser Fosfo‐Thr Fosfo‐Tyr

20. Fosforilación (II)
Modificación postraduccional rápida y reversible
Acciones mediadas por proteín kinasas vs. fosfatasas
Tipos de proteín kinasas
Ser/Thr proteín kinasas
PKA, PKC, CAM PK. Generalmente solubles
Transducción de señales, activación de kinasas (cascadas de fosforilación)
Tyr proteín kinasas
Dominios TyrK en receptores de membrana para insulina y factores de
crecimiento Æ transfosforilación, dimerización y activación
Proteín kinasas multifuncionales

21. UBIQUITINACION (I)
Ubiquitina (Ub)
Proteína pequeña de 76 αα
Presente en todos los organismos eucariontes
Se une a otras proteínas
Enlace entre la Gly C-terminal de la Ub y el ε –NH2 de una Lys de la
proteína diana
Forma cadenas de poliubiquitina
Marca las proteínas para su degradación en el proteasoma 26S

22. Ubiquitinación (II)
Actualmente se admite que la ubiquitinación puede tener funciones de
señalización intracelular = protein targetting / trafficking
- reciclaje vs. degradación de receptores de m.p. que han sido internalizados
- mecanismo de señalización = protein targetting
SUMOilación
Adición de proteínas similares a la ubiquitina
Importancia en las cascadas de señalización
el control de la expresión génica por modificación de histonas

23. ACILACIÓN (I)
Unión de restos lipídicos
Consecuencias
- Generalmente se produce una pérdida de Q+
- Aumento en la hidrofobicidad
Función
- Interacción de la proteína con las membranas biológicas
- Anclaje de las proteínas en las membranas

24. OTRAS MODIFICACIONES POSTRADUCCIONALES (I)
Formación de puentes disulfuro
Entre dos residuos de Cys
Inter- ó intramoleculares
Funcion: La dimerización de cisteínas = αα cistina contribuye al mantenimiento
de la estructura 3D de las proteínas
Interconversión de puentes disulfuro por las Proteínas disulfuro isomerasas
Æ es imprescindible que el puente disulfuro se forme entre las dos Cys correctas
Formación de un puente
disulfuro entre dos Cys

25. Otras modificaciones postraduccionales (II)
Hidroxilación
5-hidroxi-Lys, 4-hidroxi-Pro, Asn, Asp
Presentes en el colágeno,
dependiente de vitamina C)
hidroxilación por la Prolil-hidroxilasa (proceso
4‐hidroxi‐Pro 5‐hidroxi‐Lys
ADP-ribosilación
Introducción de una molécula de ADP-ribosa (del NAD) sobre His, Arg & Glu
Enzima: ADP-ribosil transferasa
- Bacterianas: inactivación de proteínas del huésped
toxina colérica, toxina pertúsica: sobre proteínas G heterotrimñericas
toxina diftérica: sobre el factor EF-2 de la traducción de proteínas
- Intracelulares: implicadas en la transducción de señales
ADP-ribosilación de histonas Æ control de la expresión génica

26. Otras modificaciones postraduccionales (III)
Metilación ó alquilación
En Lys, Arg, His, Asn, Glu, Phe N-terminal & Cys C-terminal
Función: generalmente produce la pérdida de una
6-N-Me-Lys: presente en la miosina
Q+ en un grupo amino lateral
6‐N‐metil‐Lys
Acetilación
En Lys y en el extremo N-terminal
Funcion: generalmente produce la pérdida de una
Ejemplo: Acetilación de la histona H3 en Lys56
Q+ en un grupo amino lateral
muy frecuente en genes transcripcionalmente activos
permite el acceso del complejo remodelador de la cromatina
Acetil‐Lys

27. Otras modificaciones postraduccionales (IV)
Carboxilación
γ-carboxi-Glu: en los factores de coagulación
carboxilación dependiente de vitamina K
γ‐carboxi‐Glu
Selenización
αα con Se: Selenocisteína, Selenometionina
La Selenocisteína está presente en el centro activo de
procesos redox, como la glutation peroxidasa
enzimas, que catalizan
La Selenocisteína viene codificada por un codon UGA (= STOP) en
presencia de elementos SECIS en el RNA
SelenoCys = ‘the twenty first amino acid”
Selenocisteína

28. Otras modificaciones postraduccionales (V)
Sulfatación
Tyr, Ser, Thr
Presente en proteoglucanos
Enzima Sulfotransferasa
Ejemplo: la sulfatación de glicosamino-glicanos
factores de crecimiento
es clave para la activación de
Nitrosilación
Adición de un grupo NO a un residuo de Cys Æ formación de un S-nitrosotiol
Importante para la activación de metaloproteínasas
inactivación de proteínas (caspasas)
Unión de iones metálicos
Forman parte del centro activo de muchas enzimas