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Prof. Neri Rolando La Sintesi Proteica 2 LICEO STATALE «Antonio Meucci»

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Presentazione sul tema: "Prof. Neri Rolando La Sintesi Proteica 2 LICEO STATALE «Antonio Meucci»"— Transcript della presentazione:

1 Prof. Neri Rolando La Sintesi Proteica 2 LICEO STATALE «Antonio Meucci»

2 La traduzione Necessita di: o (Codice) o mRNA o tRNAs o Ribosoma o Aminoacil-tRNA sintetasi

3 Il codice genetico Ma come si fa a passare dal «linguaggio» degli acidi nucleici (che utilizza 4 «lettere»)… … al «linguaggio» delle proteine (che utilizza 20 «lettere»)? continua

4 Il codice genetico o Certo non può esserci una corrispondenza 1:1 o Ma non è neanche possibile associare un amminoacido ad una coppia di basi azotate o Infatti le possibili coppie di basi sono 4 2 = 16 (AA, UU, CC, GG, AU, AC, AG, UA, UC, UG, CA, CG, CU, GA, GU, GC) troppo poche per poter codificare i 20 amminoacidi continua

5 Il codice genetico o Appare evidente, quindi, che il codice utilizzato si basa su triplette di basi… … infatti 4 3 = 64 combinazioni sono più che sufficienti per codificare i 20 amminoacidi o Il codice genetico è degenerato ma non è ambiguo. Tolti i codoni di inizio (1) e di stop (3), restano 60 codoni, molti di più di quelli strettamente necessari per codificare gli altri 19 amminoacidi: infatti a quasi tutti gli amminoacidi corrispondono più codoni. continua

6 Il codice genetico o I codoni con pirimidine in 2° posizione aa idrofobici o I codoni con purine in 2° posizione aa polari o Se hanno C-G in 1° e 2° posizioni, la terza non ha importanza o Se hanno T-A in 1° e 2° posizioni, la terza ha importanza continua

7 Il codice genetico o Per degenerato si intende che il codice è ridondante: ci sono cioè più triplette che codificano per lo stesso amminoacido. o Ci sono anche, come già detto, le triplette di inizio (AUG) e di stop (UAA, UAG e UGA) che determinano linizio e la fine di una sequenza polipeptidica. o Il codice genetico è (quasi) universale, cioè valido per ogni creatura del nostro pianeta ed anche per i virus. o Ogni tripletta di basi sullRNA è anche detta codone.

8 Procarioti Eucarioti mRNA procariotici ed eucariotici

9 Il ruolo di tRNA La molecola di tRNA svolge tre funzioni: 1. «si carica» di un amminoacido; 2. si associa alle molecole di mRNA; 3. interagisce con i ribosomi. Le molecole di tRNA si legano con una estremità ad un amminoacido e con quella opposta a un codone dellmRNA, agendo così da ponte tra questi due tipi diversi di molecole.

10 La struttura di transfer RNA La configurazione di una molecola di tRNA è perfettamente adattata alle sue interazioni con speciali siti di legame sui ribosomi. Allestremità 3' di ogni molecola di tRNA si trova il suo sito di attacco per lamminoacido: il punto in cui lamminoacido specifico si lega in modo covalente. Verso la metà della sequenza del tRNA cè un gruppo di tre basi, chiamato anticodone, che costituisce il sito di appaiamento fra basi complementari (attraverso legami a idrogeno) con lmRNA. Ciascun tipo di tRNA contiene un particolare anticodone, complementare al codone di mRNA corrispondente al proprio amminoacido. continua

11 Transfer RNA o Lanticodone è posto tra una purina al 3 ed un uracile al 5

12 Per legare gli amminoacidi ai tRNA corrispondenti servono enzimi attivanti Il caricamento di ciascun tRNA con il proprio amminoacido è realizzato da una famiglia di enzimi attivanti noti come amminoacil-tRNA-sintetasi. Ogni enzima attivante è specifico per un solo amminoacido e per il suo tRNA corrispondente. Lamminoacido si attacca allestremità 3' del tRNA con un legame ricco di energia, formando un tRNA carico. Questo legame fornirà lenergia necessaria alla formazione del legame peptidico che manterrà uniti gli amminoacidi adiacenti.

13 I ribosomi nei procarioti I ribosomi dei procarioti sono un po più piccoli di quelli degli eucarioti e contengono proteine ed RNA diversi, ma sono anchessi formati da due subunità: una subunità maggiore e una subunità minore. Anche i mitocondri e i cloroplasti contengono ribosomi, talvolta simili a quelli dei procarioti continua

14 I ribosomi negli eucarioti Negli eucarioti, la subunità maggiore è composta da tre molecole diverse di RNA ribosomiale (rRNA) e da circa 45 molecole proteiche differenti, disposte secondo una schema preciso; la subunità minore contiene una sola molecola di tRNA e 33 molecole proteiche diverse. Le varie proteine e gli rRNA delle subunità ribosomiali sono tenuti insieme da forze ioniche o idrofobiche. Quando i ribosomi non sono impegnati nella traduzione di mRNA, le due subunità sono separate. continua

15 La struttura del ribosoma Sulla subunità maggiore del ribosoma si trovano tre siti di legame per i tRNA. Un tRNA carico passa dalluno allaltro di essi seguendo un ordine preciso. o Il sito A (attacco) è dove lanticodone del tRNA carico si lega al codone dellmRNA, allineando lamminoacido che va aggiunto alla catena polipeptidica in crescita. o Il sito C (condensazione) è dove il tRNA cede il proprio amminoacido alla catena polipeptidica in crescita. o Il sito D (distacco) è dove viene a trovarsi il tRNA che ha ormai consegnato il proprio amminoacido, prima di staccarsi dal ribosoma e tornare nel citosol a raccogliere unaltra molecola di amminoacido e ricominciare il processo.

16 La sintesi delle proteine Allinizio lrRNA della subunità ribosomiale minore si lega a un sito di legame complementare lungo lmRNA, situato «a monte» (verso lestremità 5') del codone che dà effettivamente inizio alla traduzione. Il codone di inizio nellmRNA è AUG. Perciò il primo amminoacido di una catena polipeptidica è sempre la metionina, anche se non tutte le proteine mature portano questo amminoacido come N-terminale; in molti casi, dopo la traduzione la metionina iniziale viene rimossa da un enzima. Dopo che il tRNA caricato con metionina si è legato allmRNA, la subunità maggiore del ribosoma si unisce al complesso di inizio. Queste componenti (mRNA, due subunità ribosomiali e tRNA caricato con la metionina) sono tenute insieme correttamente da un gruppo di proteine dette fattori di inizio. continua

17 La sintesi delle proteine Lallungamento procede così: nel sito A della subunità ribosomiale maggiore rimasto libero entra adesso il tRNA carico, il cui codone è complementare al secondo codone dellmRNA. Quindi la subunità maggiore catalizza due reazioni: o rompe il legame fra il tRNA nel sito C e il suo aminoacido; o catalizza la formazione di un legame peptidico fra questo amminoacido e quello attaccato al tRNA situato nel sito A. Ora il secondo amminoacido è legato alla metionina, ma è ancora attaccato al proprio tRNA posto nel sito A. il catalizzatore del legame peptidico sembra essere lrRNA, che per questo motivo può essere considerato un ribozima. Questa situazione insolita (di solito i catalizzatori dei sistemi biologici sono proteine) è una possibile conferma indiretta dellipotesi che lRNA, e in particolare lRNA catalitico, si sia evoluto prima del DNA. continua

18 La sintesi delle proteine Dopo aver consegnato la propria metionina, il primo tRNA si sposta nel sito D, quindi si stacca dal ribosoma e torna nel citosol per caricarsi con unaltra metionina. Il secondo tRNA, che ora porta un dipeptide (una catena di due amminoacidi) slitta nel sito C, intanto che il ribosoma si sposta di un codone lungo lmRNA in direzione 5'3'. Il processo di allungamento della catena polipeptidica continua a mano a mano che si ripetono le seguenti tappe: o il successivo tRNA carico entra nel sito A rimasto libero e qui il suo anticodone si lega al codone dellmRNA; o lamminoacido appena portato dal tRNA forma un legame peptidico con la catena amminoacidica presente nel sito C; o il tRNA del sito C si sposta nel sito D, da cui poi si distacca. Il ribosoma avanza di un codone, cosicché lintero complesso tRNA-polipeptide viene a trovarsi nel sito C, resosi appena vacante. Tutte queste tappe si svolgono con la partecipazione di proteine dette fattori di allungamento. continua

19 La sintesi delle proteine La terminazione avviene quando nel sito A entra uno dei tre codoni di stop: il ciclo di allungamento si arresta e la traduzione ha termine. Questi codoni, UAA, UAG e UGA, non codificano nessun amminoacido e non si legano a un tRNA. Si legano invece a un fattore di rilascio che consente lidrolisi del legame fra la catena polipeptidica e il tRNA presente nel sito C. continua Nelle prossime pagine si proverà a mostrare il processo di traduzione in forma animata

20 La traduzione La fase di traduzione ha inizio quando lRNA messaggero si attacca al ribosoma. GCUCAACCUGUA CGA Ala UGU Gln AGG Gly UCA Val codone anticodone Successivamente su ogni codone si attaccherà il tRNA con lanticodone complementare, portandosi dietro un amminoacido. continua

21 La fase di traduzione ha inizio quando lRNA messaggero si attacca al ribosoma. GCUCAACCUGUA CGA Ala UGU Gln AGG Gly UCA Val Successivamente su ogni codone si attaccherà il tRNA con lanticodone complementare, portandosi dietro un amminoacido. La traduzione continua

22 La fase di traduzione ha inizio quando lRNA messaggero si attacca al ribosoma. GCUCAACCUGUA CGA Ala UGU Gln AGG Gly UCA Val Successivamente su ogni codone si attaccherà il tRNA con lanticodone complementare, portandosi dietro un amminoacido. La traduzione continua

23 La fase di traduzione ha inizio quando lRNA messaggero si attacca al ribosoma. GCUCAACCUGUA CGA Ala UGU Gln AGG Gly UCA Val Successivamente su ogni codone si attaccherà il tRNA con lanticodone complementare, portandosi dietro un amminoacido. La traduzione continua

24 La fase di traduzione ha inizio quando lRNA messaggero si attacca al ribosoma. GCUCAACCUGUA CGA Ala UGU Gln AGG Gly UCA Val Successivamente su ogni codone si attaccherà il tRNA con lanticodone complementare, portandosi dietro un amminoacido. La traduzione continua

25 La fase di traduzione ha inizio quando lRNA messaggero si attacca al ribosoma. GCUCAACCUGUA CGA Ala UGU Gln AGG Gly UCA Val Successivamente su ogni codone si attaccherà il tRNA con lanticodone complementare, portandosi dietro un amminoacido. La traduzione continua

26 La fase di traduzione ha inizio quando lRNA messaggero si attacca al ribosoma. GCUCAACCUGUA CGA Ala UGU Gln AGG Gly UCA Val Successivamente su ogni codone si attaccherà il tRNA con lanticodone complementare, portandosi dietro un amminoacido. La traduzione continua

27 La fase di traduzione ha inizio quando lRNA messaggero si attacca al ribosoma. GCUCAACCUGUA CGA Ala UGU Gln AGG Gly UCA Val Successivamente su ogni codone si attaccherà il tRNA con lanticodone complementare, portandosi dietro un amminoacido. La traduzione continua

28 GCUCAACCUGUA CGA Ala UGU Gln AGG Gly UCA Val Lamminoacido del primo tRNA si lega poi a quello del secondo… La traduzione continua

29 GCUCAACCUGUA CGA Ala UGU Gln AGG Gly UCA Val Lamminoacido del primo tRNA si lega poi a quello del secondo… La traduzione continua

30 GCUCAACCUGUA CGA Ala UGU Gln AGG Gly UCA Val Lamminoacido del primo tRNA si lega poi a quello del secondo… La traduzione continua

31 GCUCAACCUGUA CGA Ala UGU Gln AGG Gly UCA Val … il primo tRNA si allontana… La traduzione continua

32 GCUCAACCUGUA CGA Ala UGU Gln AGG Gly UCA Val … il primo tRNA si allontana… La traduzione continua

33 GCUCAACCUGUA CGA Ala UGU Gln AGG Gly UCA Val … il primo tRNA si allontana… La traduzione continua

34 GCUCAACCUGUA CGA Ala UGU Gln AGG Gly UCA Val … e un nuovo tRNA si attacca allRNA messaggero La traduzione continua

35 GCUCAACCUGUA Ala UGU Gln AGG Gly UCA Val … e un nuovo tRNA si attacca allRNA messaggero La traduzione continua

36 GCUCAACCUGUA Ala UGU Gln AGG Gly UCA Val … e un nuovo tRNA si attacca allRNA messaggero La traduzione continua

37 GCUCAACCUGUA UGU AGG Gly UCA Val … e così via. Ala Gln La traduzione continua

38 GCUCAACCUGUA UGU AGG Gly UCA Val … e così via. Ala Gln La traduzione continua

39 GCUCAACCUGUA UGU AGG Gly UCA Val … e così via. Ala Gln La traduzione continua

40 GCUCAACCUGUA UGU AGG Gly UCA Val … e così via. Ala Gln La traduzione continua

41 GCUCAACCUGUA UGU AGG Gly UCA Val … e così via. Ala Gln La traduzione continua

42 GCUCAACCUGUA AGG Gly UCA Val … e così via. Ala Gln La traduzione continua

43 GCUCAACCUGUA AGG Gly UCA Val … e così via. Ala Gln La traduzione continua

44 GCUCAACCUGUA AGG Gly UCA Val … e così via. Ala Gln La traduzione continua

45 GCUCAACCUGUA AGG UCA Val … e così via. Gly Ala Gln La traduzione continua

46 GCUCAACCUGUA AGG UCA Val … e così via. Gly Ala Gln La traduzione continua

47 In questo modo si viene a costruire un polipeptide sempre più grande finché non si arriva ad un codone di stop e la sintesi si interrompe. La traduzione continua

48 Ciclo ribosomiale Insomma si può effettivamente dire che il ribosoma, praticamente una nucleoproteina, è al centro della biosintesi delle proteine, infatti: o La traduzione inizia quando mRNA e tRNA iniziatore si legano alla subunità minore o Poi viene reclutata la subunità maggiore o Poi inizia la sintesi proteica ed il ribosoma scorre sul mRNA o Quando incontra il codone stop, il peptide viene rilasciato, e le due subunità si dissociano o Esse sono poi pronte per un nuovo ciclo. o Un ribosoma è in contatto con circa 30 nt, ma nei poliribosomi sono distanziati circa 80 nt continua

49 Ciclo ribosomiale

50 Produzione di una proteina in eucarioti

51 La rapidità della traduzione Produzione in serie – I poliribosomi (a) Una molecola di mRNA tradotta contemporaneamente da molti ribosomi. Si notano le catene polipeptidiche che si vanno estendendo dai ribosomi. (b) Immagine al microscopio elettronico di questo processo.

52 Il lavoro non finisce con la traduzione La catena polipeptidica liberata dal ribosoma non è una proteina funzionante; vediamo ora alcuni dei cambiamenti che influenzano la funzionalità e la destinazione di un polipeptide. A mano a mano che emerge dal ribosoma, la catena polipeptidica si ripiega fino ad assumere la sua forma tridimensionale, da cui dipende la sua funzione specifica. Oltre a questa informazione strutturale, la sequenza amminoacidica di un polipeptide può contenere una sequenza segnale, una specie di «etichetta con lindirizzo» che indica il punto della cellula dove dirigersi. Insomma linformazione contenuta nei suoi amminoacidi le fornisce due serie di istruzioni supplementari. «La traduzione è finita, sganciati e spostati in un organulo.» Tali proteine sono spedite nel nucleo, nei mitocondri, nei plastidi o nei perossisomi a seconda dellindirizzo indicato nelle loro etichette, oppure rimangono nel citosol. «Interrompi la traduzione e spostati nel reticolo endoplasmatico.» Una volta completata la propria sintesi allinterno del RER, queste proteine possono rimanere nel reticolo endoplasmatico oppure raggiungere lapparato di Golgi. Da lì potranno poi essere spedite ai lisosomi, alla membrana plasmatica o, in assenza di istruzioni specifiche, essere secrete dalla cellula mediante vescicole. continua

53 Il lavoro non finisce con la traduzione

54 FONTI Invito alla biologia – Quinta edizione di Helena Curtis, Sue Barnes – Ed. Zanichelli Biologia: La scienza della vita – D. Sadava, ed altri – Ed. Zanichelli Presentazione creata utilizzando Microsoft PowerPoint 2007


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