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1 Traduzione dellinformazione genetica (1). 2 Traduzione dellinformazione genetica (2) Il processo negli eucarioti richiede: 70 diverse proteine ribosomiali.

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1 1 Traduzione dellinformazione genetica (1)

2 2 Traduzione dellinformazione genetica (2) Il processo negli eucarioti richiede: 70 diverse proteine ribosomiali >20 enzimi che attivano i precursori degli amminoacidi >12 enzimi ausiliari e altri fattori proteici per inizio, allungamento e terminazione circa 100 enzimi per le modifiche post- traduzionali >40t ipi di tRNA e rRNA Nonostante la complessità il processo è veloce Il processo può utilizzare fino al 90% dellenergia chimica necessaria alla cellula per tutte le reazioni biosintetiche

3 Abbiamo 4 basi azotate che compongono il DNA e 20 aminoacidi diversi in natura. Quante basi servono per codificare un amminoacido? Il codice genetico (1) 3 Più codoni codificano per lo stesso amminoacido Questo fatto viene indicato come DEGENERAZIONE DEL CODICE GENETICO 1 base 4 possibilità 2 basi 4 2 = 16 possibilità 3 basi 4 3 = 64 possibilità

4 4 triplettecodoni Gli esperimenti di Niremberg hanno permesso di capire che il codice genetico viene letto linearmente senza sovrapposizioni e ogni aminoacido viene riconosciuto da tre basi triplette o codoni Il codice genetico (2) Triplette non sovrapposte

5 5 Il codice genetico (3) Quadro di lettura del codice genetico PheSerLeuAsp IleHisSer ArgTrpThrArgPheThr LeuGly ProAspSerGln

6 6 Appaiamento codone-anticodone Ipotesi delloscillamento La terza posizione in ogni codone è molto meno specifica della prima e della seconda e viene oscillante. detta oscillante. Ciò permette ad alcuni tRNA di riconoscere più di un codon ottimizzando sia laccuratezza sia la velocità della sintesi proteica

7 7 I ribosomi

8 8 tRNA

9 9 Sintesi proteica (1) La sintesi proteica avviene in cinque stadi Stadio 1 Stadio 1 : le amminoacil-tRNA sintetasi legano il corretto amminoacido ai tRNA corrispondenti

10 10 Sintesi proteica (2) Stadio 1 Stadio 1 : le amminoacil-tRNA sintetasi legano il corretto amminoacido ai tRNA corrispondenti Amminoacil-tRNA sintetasi (classe II) Meccanismo di azione Prima fase Prima fase : formazione dellintermedio amminoacil-AMP legato allenzima Seconda fase Seconda fase : trasferimento dellintermedio dallenzima al tRNA Alcune amminoacil-tRNA sintetasi svolgono anche attività di proofreading

11 11 Sintesi proteica (3) Stadio 2 Stadio 2 : un amminoacido specifico inizia la sintesi proteica Sequenze di mRNA che funzionano da segnali di inizio Procarioti Eucarioti

12 12 Sintesi proteica (4) Stadio 3 Stadio 3 : allungamento (formazione legami peptidici) Prima fase Prima fase : Seconda fase Seconda fase : Terza fase Terza fase :

13 13 Sintesi proteica (5) Stadio 4 Stadio 4 : terminazione della sintesi proteica mediante fattore di rilascio (RF)

14 14 Stadio 5 Stadio 5 : modificazioni post-traduzionali (1) Modificazioni ammino-terminali & carbossi-terminali Perdita delle sequenze segnale Il primo residuo che viene inserito in tutti i polipeptidi è N-formilmetionina (procarioti) e metionina (eucarioti). Nelle proteine mature questo si riscontra solo raramente; per il 50% questi gruppi vengono acetilati; in altri casi rimossi. Talvolta anche i residui ammino-carbossilici vengono modificati I primi residui ammino- terminali delle proteine svolgono un ruolo fondamentale nel dirigere la proteina verso una posizione specifica intra- o extra-cellulare (vedi trasporto e destinazione delle proteine). sequenze segnale Queste sequenze segnale vengono alla fine del processo rimosse da specifiche peptidasi.

15 15 Modificazioni di singoli amminoacidi I gruppi ossidrilici di alcuni residui di Ser, Thr e Tyr, sono fosforilati per ottenere proteine funzionali Attivazione della glicogeno fosforilasi per fosforilazione di un residuo di Ser Fosforilazione di residui di Ser nella caseina del latte per legare il Ca 2+ Stadio 5 Stadio 5 : modificazioni post-traduzionali (2) Laggiunta di gruppi carbossilici a residui di Glu della protrombina permettono al Ca 2+ di legarsi e innescare la coagulazione del sangue Lidrossilazione della Pro e Lys sono una tappa fondamentale per la corretta maturazione del collagene, la proteina più abbondante nei vertebrati

16 16 Aggiunta di catene laterali di carboidrati Stadio 5 Stadio 5 : modificazioni post-traduzionali (3) Molte proteine che devono essere esportate allesterno della cellula ( Es: collagene) o inserite nella membrana plasmatica sono glicosilate

17 17 Aggiunta di gruppi isoprenilici Stadio 5 Stadio 5 : modificazioni post-traduzionali (4) Alcune proteine eucariotiche vengono modificate per aggiunta di derivati dellisoprene come il farnesil pirofosfato. Il gruppo isoprenilico serve ad ancorare le proteine alla membrana biologica. Es: Proteine oncogene RAS Una recente strategia chemioterapica anticancro consiste nel bloccare lisoprenilizzazione delloncogene RAS

18 18 Aggiunta di gruppi prostetici Stadio 5 Stadio 5 : modificazioni post-traduzionali (5) Per svolgere la loro azione biologica (in genere attività catalitica), molte proteine hanno bisogno di gruppi prostetici legati covalentemente ( es: carbossilasi, eme dellemoglobina Es: Acetil-CoA carbossilasi

19 19 Modificazioni proteolitiche Stadio 5 Stadio 5 : modificazioni post-traduzionali (6) Es: attivazione di zimogeni Le catene A,B,C della chimotripsina sono unite da ponti disolfuro Molte proteine sono sintetizzate inizialmente come precursori inattivi di dimensioni più grandi; successivamente vengono modificati proteoliticamente per produrre le loro forme attive più piccole ( es : pro insulina, chimotripsinogeno, tripsinogeno)

20 20 Stadio 5 Stadio 5 : modificazioni post-traduzionali (7) Ponte disolfuro intra intracatena Ponte disolfuro inter intercatena Catena A identica in: uomo maiale cane coniglio capodoglio Catena B identica in: bue cane maiale capra cavallo Es : Insulina bovina Dopo il folding alcune proteine formano legami disolfuro (intracatena o intercatena) tra residui di cisteina. Negli eucarioti, i legami disolfuro si trovano comunemente nelle proteine che devono essere esportate fuori dalle cellule Formazione legami disolfuro

21 21 Inibizione della sintesi proteica

22 22 Polisomi

23 23 Trasporto a destinazione delle proteine (1)

24 24 Trasporto a destinazione delle proteine (2) La glicosilzione svolge un ruolo chiave nel trasporto a destinazione delle proteine

25 25 Trasporto a destinazione delle proteine (3) Via seguita dalle proteine destinate ai liposomi, alla membrana plasmatica o alla secrezione Il diverso destino e segnato da marcatori chimici specifici (vedi glicosilazione delle idrolasi indirizzate ai liposomi)

26 26 Trasporto a destinazione delle proteine (4) Es: Fosforilazione di residui di mannosio delle idrolasi destinate ai lisosomi per svolgere la loro funzione Complesso del Golgi Lisosoma

27 27 Trasporto a destinazione delle proteine (5) Trasporto delle proteine nel nucleo N L S Sequenza segnale interna alla catena polipeptidica non rimossa dopo la destinazione finale

28 28 Trasporto a destinazione delle proteine (6) Molte proteine entrano nelle cellule per endocitosi mediata da recettori Ingresso del colesterolo Es: Ingresso del colesterolo Un meccanismo analogo viene sfruttato da alcune tossine (difterite,colera) e virus (influenza)

29 29 Trasporto a destinazione delle proteine (7) Negli eucarioti le proteine difettose o con emivita proteosomi breve vengono degradate dai proteosomi mediante ubiquitinazione un sistema ATP dipendente (ubiquitinazione) Linefficienza o la eccessiva degradazione di questi sistemi sono causa di molte malattie (tumori, malattie renali, asma, morbo di Alzheimer, morbo di Parkinson, fibrosi cistica ….)


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