presentazione del prof. Ciro Formica Acidi nucleici – 7 presentazione del prof. Ciro Formica Immagini e testi tratti dai website di: genome.wellcome.ac.uk, dnaftb.org, unipv.it, unimi.it, wikipedia.it, unibs.it, unina.it, uniroma2.it, nih.gov, zanichelli.it, sciencemag.org, ncbi.gov

1- il codice genetico, 2- la traduzione del messaggio genetico, 3-la biosintesi delle proteine, 4 - principali meccanismi di regolazione genica

La traduzione in procarioti ed eucarioti

Il codice genetico UUU Fenilalanina PHE UCU Serina SER UAU Tiroxina TYR UGU Cisteina CYS UUC UCC UAC UGC UUA Leucina LEU UCA UAA STOP UGA UUG UCG UAG UGG Triptofano TRP CUU CCU Prolina PRO CAU Istidina HIS CGU Arginina ARG CUC CCC CAC CGC CUA CCA CAA Glutammina GLN CGA CUG CCG CAG CGG AUU Isoleucina ILE ACU Treonina THR AAU Asparagina ASN AGU AUC ACC AAC AGC AUA ACA AAA Lisina LYS AGA AUG Codone inizio ACG AAG AGG GUU Valina VAL GCU Alanina ALA GAU Ac.Aspartico ASP GGU Glicina GLY GUC GCC GAC GGC GUA GCA GAA Ac.glutammico GLU GGA GUG GCG GAG GGG

Non sovrapponibiltà delle triplette del codice genetico.

I ribosomi Subunità maggiore è formata da sito A: accoglie i codoni dei singoli amminoacidi, sito P: si forma il legame peptidico, sito E: avviene il rilascio del tRNA Subunità minore si lega all’mRNA per fare da guida durante la sintesi proteica

tRNA 1- braccio dell’amminoacido con la sequenza CCA all’estremità 3’ cui si lega l’amminoacido corrispondente al codone riconosciuto 2- braccio TψC 3- braccio dell’ anticodone complementare al codone di mRNA con la posizione wobble 4- braccio extra (variabile) 5- braccio D 6- estremità 5’

Fasi della traduzione Inizio si forma un complesso tra mRNA (codone d’inizio AUG), tRNA della metionina (anticodone UAC), subunità minore del ribosoma  legame al sito P del ribosoma Allungamento il 2. codone è accolto al sito A dove arriva il 2. tRNA col 2° amminoacido (aa.)  si forma il legame peptidico tra i due aa. Il mRNA si sposta in direzione 5’3’ (a sinistra nella figura) così il primo tRNA slitta al sito E e viene espulso, il secondo tRNA slitta al sito P . Il ciclo di allungamento si ripete allo stesso modo per ogni aa. aggiunto, mentre la catena polipeptidica si allunga. Terminazione termina la sintesi bloccando l’addizione degli aa. , grazie a uno dei codoni STOP: UAA, UAG, UGA, causando la dissoluzione dell’apparato di sintesi

Inizio si forma un complesso tra mRNA (codone d’inizio AUG), tRNA della metionina (anticodone UAC), subunità minore del ribosoma  legame al sito P del ribosoma

Allungamento il 2. codone è accolto al sito A dove arriva il 2. tRNA col 2° amminoacido (aa.)  si forma il legame peptidico tra i due aa. Il mRNA si sposta in direzione 5’3’ (a sinistra nella figura) così il primo tRNA slitta al sito E e viene espulso, il secondo tRNA slitta al sito P . Il ciclo di allungamento si ripete allo stesso modo per ogni aa. aggiunto, mentre la catena polipeptidica si allunga.

Terminazione Poiché nessun tRNA riconosce i codoni STOP, al sito A non entreranno più tRNA  la sintesi termina bloccando l’addizione degli aa. I tRNA ritornano liberi nella cellula per essere riutilizzati Le due subunità del ribosoma si staccano L’mRNA può essere riletto La proteina così prodotta subirà il processo di maturazione

Animazione della traduzione http://www.dnalc.org/resources/3d/15-translation-basic.html Transcript: When the RNA copy is complete, it snakes out into the outer part of the cell. Then in a dazzling display of choreography, all the components of a molecular machine lock together around the RNA to form a miniature factory called a ribosome. It translates the genetic information in the RNA into a string of amino acids that will become a protein. Special transfer molecules — the green triangles — bring each amino acid to the ribosome. The amino acids are the small red tips attached to the transfer molecules. There are different transfer molecules for each of the twenty amino acids. Each transfer molecule carries a three letter code that is matched with the RNA in the machine. Now we come to the heart of the process. Inside the ribosome, the RNA is pulled through like a tape. The code for each amino acid is read off, three letters at a time, and matched to three corresponding letters on the transfer molecules. When the right transfer molecule plugs in, the amino acid it carries is added to the growing protein chain. Again, you are watching this in real time. And after a few seconds the assembled protein starts to emerge from the ribosome. Ribosomes can make any kind of protein. It just depends what genetic message you feed in on the RNA. In this case, the end product is hemoglobin. The cells in our bone marrow churn out a hundred trillion molecules of it per second! And as a result, our muscles, brain and all the vital organs in our body receive the oxygen they need. churn out=sfornare in grandi quantità

Insulina umana Ser 3 Leu 6 Arg 1 Ala 1 Gly 4 Thr 2 Pro 1 Val 3 Ile 2 Cys 6 (3 ponti S-S) Trp Met

La regolazione genica I geni costitutivi (housekeeping) esprimono proteine indispensabili (es. enzimi) per la vita e sono sempre attivi I geni non costitutivi sono soggetti a meccanismi di regolazione che consentono alle cellule di reagire alla variazione degli stimoli esterni La cellula sintetizza solo le proteine necessarie Negli organismi più complessi ogni tessuto si specializza per svolgere una determinata funzione e non sono espressi i geni che codificano per altre funzioni

regolazione nei procarioti-operone triptofano Componenti: operatore (con repressore e co-repressore), promotore, gene regolatore I geni strutturali dell’operone triptofano (corepressore) codificano per gli enzimi che catalizzano la sua sintesi. Quando il triptofano è presente, non è necessario produrlo: il repressore si lega all’operatore e la trascrizione è bloccata Il fine è esprimere oppure no il prodotto finale triptofano

regolazione nei procarioti-operone lattosio Componenti: operatore (con induttore), promotore, gene regolatore I geni strutturali dell’operone lattosio (induttore) codificano per gli enzimi per la sua demolizione. Quando è presente il lattosio, il repressore libera l’operatore e la trascrizione è attivata Il fine è esprimere oppure no il prodotto finale lattosio

regolazione negli eucarioti Meccanismi: -regolare la trascrizione -rielaborate il trascritto primario -regolare la traduzione Il fine del differenziamento cellulare è la regolazione genica differenziale, cioè esprimere solo le proteine (proteoma) che interessano un dato tessuto, organo o apparato

1- regolare la trascrizione L’azione viene svolta da sequenze poste a monte del promotore: Enhancer  sotto il controllo di proteine dette attivatori che aumentano la capacità del TFIID di legarsi alla TATA box Silencer  sotto il controllo di proteine dette inibitori, che impediscono il legame alla TATA box per indirizzare l’mRNA sui ribosomi vengono aggiunti -il cap (cappuccio) -la coda di poli A

2-trascritto primario: splicing alternativo l’informazione portata da un gene può determinare la formazione di RNA maturi diversi e la conseguente sintesi di proteine differenti

3-regolare la traduzione la traduzione può essere regolata ostacolando l’attacco dell’mRNA ai ribosomi: -modificare la sequenza leader di attacco -attivare un repressore che si lega all’mRNA  viene impedita la lettura da parte dei ribosomi