Codice genetico, traduzione, sintesi proteica

Presentazione sul tema: "Codice genetico, traduzione, sintesi proteica"— Transcript della presentazione:

1 Codice genetico, traduzione, sintesi proteica

2 TRADUZIONE: sintesi di un polipeptide sulla base dell’informazione genetica contenuta in una molecola di mRNA Si attua un cambio di linguaggio: da polinucleotidico a polipeptidico

3 Dobbiamo passare da un “alfabeto” a 4 lettere a uno a 20 lettere
Codice genetico 4 basi (A,C,G,U) aa Dobbiamo passare da un “alfabeto” a 4 lettere a uno a 20 lettere Codice a 1 lettera (41 combinazioni) 4 aa Codice a 2 lettere (42 combinazioni) 16 aa Codice a 3 lettere (43 combinazioni) 64 aa

4 Codice genetico mRNA codone Il codice è a triplette: 3 nucleotidi 1 aminoacido traduzione 1 tripletta = 1 codone Met Val Arg Tyr

5 Codice genetico Marshall Niremberg decodifica la prima tripletta
UUU = Phe (fenilalanina) (traduzione in vitro di un poli U) 1966 la decodificazione è completata 43 possibili combinazioni: 64 codoni, di cui 61 sono codificanti e 3 sono codoni di STOP Traduzione di polimeri sintetici di RNA a tre nucleotidi ha permesso di decifrare tutto il codice Come fa un mRNA sintetico senza sequenze di riconoscimento a legare il ribosoma? Si usa mRNA in eccesso. 64 sono i codoni totali, 3 sono gli STOP, quindi 1 codone ogni 20 per caso è uno STOP in regioni non coding. 48Mb coding (l’ 1.5% di 3x109 bp)/ geni = 2000bp lunghezza media di un gene; 600aa lunghezza media di una proteina. Analizzando la sequenza di una regione di DNA posso capire se è codificante: - AUG seguito da un ORF abbastanza lungo (>20 triplette), poi STOP - Nel caso di procarioti è ininterrotto, nel caso di eucarioti si susseguono brevi ORF seguiti da ampie regioni (introni sono lunghi dieci volte gli esoni) in cui gli STOP codon si susseguono con frequenza di circa uno ogni venti

6 Aminoacidi e codoni 20 sono gli aminoacidi che formano le proteine
61 sono le triplette o “codoni” codificanti del codice genetico universale il codice genetico è “degenerato” (ridondante): più triplette codificano per uno stesso aa ma non è mai ambiguo (una tripletta codifica per un solo aa)

7 Degenerazione: UUA, UUG, CUU, CUC, CUA, CUG codifica Leu
Accenno a implicazioni della degenerazione sull’effetto fenotipico delle mutazioni che cadono in terza base Degenerazione: UUA, UUG, CUU, CUC, CUA, CUG codifica Leu NON ambiguità: UUA è solo Leu, AAA è solo Lys

8 Il codice genetico è universale
Il codice di traduzione è lo stesso per tutti gli organismi viventi AAA Lys Universalità del codice: un gene umano clonato in coli viene tradotto correttamente (minigene e no modificazioni post-traduzionali della proteina)

9 Nel processo di TRADUZIONE sono coinvolti:
mRNA (RNA messaggero) ribosomi (rRNA + proteine) tRNA (RNA di trasferimento)

10 mRNA (RNA messaggero) Funzione UTR (UnTranslated Region):
regolazione espressione genica post-trascrizionale Trasporto mRNA nucleo-citoplasma Efficienza traduzione Stabilità messaggero Mignone F (2005) NAR vol33

11 I ribosomi Sono complessi ribonucleoproteici (proteine + rRNA) in cui avviene la sintesi proteica e sono strutturati in due subunità Tra le due subunità si inseriscono gli RNA messaggeri (mRNA) per essere tradotti

12 La lettura del codone su mRNA è affidata al tRNA, che funge da adattatore
Ala

13 Struttura tridimensionale del tRNA

14 La aminoacil-tRNA sintetasi lega l’aminoacido al corrispondente
Le cellule contengono 20 differenti aminoacil-tRNA sintetasi, una per ogni aa. 5’ 3’ Phe Phe AAA AAA Phe Aminoacil t-RNA sintetasi per Phe (codoni: UUU o UUC da 5’ a 3’) può legare due tRNA: AAA e GAA (5’-3’) Phe AAA A un tRNA che ha un particolare anticodone viene associato un aa specifico

15 Specificità della aminoacil tRNA sintetasi
GTG Sito attivo dell’enzima

16 Aminoacidi e codoni 20 sono gli aminoacidi che formano le proteine
61 sono le triplette o “codoni” del codice genetico universale Esistono tanti tRNA quanti sono i codoni? Se ciascuna molecola di tRNA si appaiasse con il codone dell’mRNA utilizzando le regole dell’appaiamento canonico tra basi complementari, sarebbero necessari 61 tipi di tRNA. Poiché la maggior parte degli organismi ha < 45 tipi di tRNA (48 nell’uomo, 31 nei batteri), questo significa che alcuni tRNA sono in grado di appaiarsi con più di un codone.

17 4 tRNA con anticodoni diversi per Ala?
Esempio tRNA Ala 5’-GCA-3’ 5’-GCC-3’ 5’-GCU-3’ 5’-GCG-3’ codoni Alanina 4 tRNA con anticodoni diversi per Ala? codoni anticodoni 5’-GCA-3’ ’-GCC-3’ ’-GCU-3’ 5’GCG-3’ 3’-CGU-5’ ’-CGG-5’ ’-CGA-5’ 3’CGC-5’

18 l’anticodone IGC è in grado di leggere tre dei 4 codoni per Ala
(i tRNA sono più numerosi dei rispettivi aa). In effetti l’inosina non riconosce la G. The four main wobble base pairs are guanine-uracil, inosine-uracil, inosine-adenine, and inosine-cytosine (G-U, I-U, I-A and I-C). Inosina (modificazione di adenina dopo sintesi di tRNA) è molto tollerante e l’anticodone IGC è in grado di leggere tre dei 4 codoni per Ala L’ultimo codone (GCG) sarà letto da un tRNA diverso

19 Teria del vacillamento (wobbling)
Nel 1966 Crick propose l’ipotesi del vacillamento, per cui la base in 5’ dell’anticodone (la prima), che si appaia con quella in 3’ del codone (la terza) non è sottoposta alle strette regole della complementarietà. Ciò permette un appaiamento meno preciso, vacillante. Ser As an example, yeast tRNAPhe has the anticodon 5'-GmAA-3' and can recognize the codons 5'-UUC-3' and 5'-UUU-3'..[ IL wobbling non coinvolge sempre l’inosina Implicazioni per le mutazioni che cadono in terza base del codone

20 Aminoacidi e codoni 61 codoni 48 tRNA 20 aa Wobbling tRNA isoaccettori
1 tRNA legge codoni diversi tRNA isoaccettori Uno stesso aa può legarsi a tRNA diversi Il wobbling spiega perché i codoni sono 61 e i tRNA 48 L’esistenza dei tRNA isoaccettori spiega perché i tRNA sono 48 e gli aa 20 (lo stesso aa può legare diversi tRNA)

21 tRNA isoaccettori 5’ 3’ 5’ 3’ Phe AAA GAA Phe
5’ 3’ 5’ 3’ Phe GAA AAA Phe Aminoacil t-RNA sintetasi per Phe (codoni: UUU o UUC da 5’ a 3’) può legare due tRNA: AAA e GAA (5’-3’)

22 I codoni: UAA, UAG, UGA sono detti
codoni di terminazione o codoni nonsenso perché non vengono riconosciuti da nessun anticodone complementare: Sono segnali di terminazione della traduzione

23 Traduzione 1. Inizio È il 5’ CAP a fare da segnale per l’attacco della subunità minore negli eucarioti. Il riconoscimento di sequenze sul messaggero della subunità minore è mediato da rRNA. La subunità minore riconosce l’estremità 5’ del mRNA (per mezzo di rRNA) e scorre finchè trova AUG = codone di inizio. Richiama quindi met-tRNA + subunità maggiore

24 Traduzione 2. Allungamento
5’ 3’ 5’ 5’ P A 3’ 5’ P Peptidil tRNA, Aminoacil tRNA tRNA ricaricati dalle aminoacil-tRNA transferasi A 3’ Il ribosoma scorre in direzione 5’3’, i codoni vengono decifrati via via nel sito A, mentre al sito P il nuovo polipeptide cresce

25 L’attività peptidil transferasica della subunità
maggiore del ribosoma è dovuta all’ rRNA 23 S Ribozima: RNA con attività catalitica

26 Traduzione 3. Terminazione
P A Fattore di Rilascio Si lega al codone di STOP idrolizza il legame tra il polipeptide e il tRNA e promuove la dissociazione delle subunità del ribosoma Quando il ribosoma incontra un codone UAA o UAG o UGA non vi è nessun tRNA (anticodone) capace di decifrarlo: il polipeptide nascente si stacca dal sito P.

27 http://student. ccbcmd

28 Molti ribosomi possono tradurre una stessa molecola
di mRNA contemporaneamente formando un poliribosoma (o polisoma). In questo modo è possibile produrre molti polipeptidi in contemporanea a partire da una molecola di mRNA

29 Nei procarioti TRASCRIZIONE e TRADUZIONE avvengono contemporaneamente

30 Nella cellula eucariotica
gli mRNA maturi che escono dal nucleo possono essere A) tradotti da ribosomi liberi nel citoplasma  proteine per uso interno B) da ribosomi inizialmente liberi ma che poi si associano al RER (reticolo endoplasmatico rugoso) proteine che verranno secrete B A Sequenze segnale (di localizzaizone) in N-ter

31 Reticolo endoplasmatico e Golgi
RER Sintesi proteica REL

32 L’indirizzo per la sintesi associata al RER è dettato da una breve sequenza leader (c.a. 25 aa) all’inizio del peptide

33 Una volta sintetizzate le catene polipeptidiche subiscono varie modificazioni post-traduzionali mediante le quali si trasformano in proteine funzionanti

34 Modificazioni post-traduzionali
Es: l’insulina viene sintetizzata sul RER Dopo traduzione subisce modificazioni nel RER e nel Golgi SH SH SH SH proteolisi proteolisi Ponti disolfuro