Traduzione dell’informazione genetica (1)

Traduzione dell’informazione 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% dell’energia chimica necessaria alla cellula per tutte le reazioni biosintetiche

Il codice genetico (1) 1 base  4 possibilità Abbiamo 4 basi azotate che compongono il DNA e 20 aminoacidi diversi in natura. Quante basi servono per codificare un amminoacido? 1 base  4 possibilità 2 basi  42 = 16 possibilità 3 basi  43 = 64 possibilità Più codoni codificano per lo stesso amminoacido Questo fatto viene indicato come DEGENERAZIONE DEL CODICE GENETICO

Il codice genetico (2) Triplette non sovrapposte 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 (3) Quadro di lettura del codice genetico Phe Ser Leu Asp Ile His Arg Trp Thr Gly Pro Gln

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

I ribosomi

tRNA

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

Sintesi proteica (2) Stadio 1: le amminoacil-tRNA sintetasi legano il corretto amminoacido ai tRNA corrispondenti Amminoacil-tRNA sintetasi (classe II) Meccanismo di azione Prima fase: formazione dell’intermedio amminoacil-AMP legato all’enzima Seconda fase: trasferimento dell’intermedio dall’enzima al tRNA Alcune amminoacil-tRNA sintetasi svolgono anche attività di proofreading

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

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

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

Stadio 5: modificazioni post-traduzionali (1)  Modificazioni ammino-terminali & carbossi-terminali 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  Perdita delle sequenze segnale I primi 15-30 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). Queste sequenze segnale vengono alla fine del processo rimosse da specifiche peptidasi.

Stadio 5: modificazioni post-traduzionali (2)  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 Ca2+ L’aggiunta di gruppi carbossilici a residui di Glu della protrombina permettono al Ca2+ di legarsi e innescare la coagulazione del sangue L’idrossilazione della Pro e Lys sono una tappa fondamentale per la corretta maturazione del collagene, la proteina più abbondante nei vertebrati

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

Stadio 5: modificazioni post-traduzionali (4)  Aggiunta di gruppi isoprenilici Alcune proteine eucariotiche vengono modificate per aggiunta di derivati dell’isoprene 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 l’isoprenilizzazione dell’oncogene RAS

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

Stadio 5: modificazioni post-traduzionali (6)  Modificazioni proteolitiche 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) Es: attivazione di zimogeni Le catene A,B,C della chimotripsina sono unite da ponti disolfuro

Stadio 5: modificazioni post-traduzionali (7) Ponte disolfuro intracatena intercatena Es: Insulina bovina  Formazione legami disolfuro 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 Catena A identica in: uomo maiale cane coniglio capodoglio Catena B identica in: bue cane maiale capra cavallo

Inibizione della sintesi proteica

Polisomi

Trasporto a destinazione delle proteine (1)

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

marcatori chimici specifici 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)

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

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

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

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