Il flusso dell’informazione: l’espressione genica La traduzione

L’espressione genica: la “messa in atto” dell’informazione contenuta nel DNA La traduzione (sintesi proteica) è il processo energeticamente più dispendioso per la cellula batterica. Bersaglio di numerosi antibiotici.

Struttura del gene Gene Fase di lettura (reading frame) Unità base dell’informazione genica Sequenza di DNA che codifica per un polipeptide oppure per un tRNA o un rRNA Sequenza nucleotidica definita da un punto di inizio e uno di fine (per geni codificanti per proteine codoni di inizio e di fine) Negli mRNA ogni codone corrisponde ad un dato amino acido Fase di lettura (reading frame) Ogni elica possiede 3 fasi possibili di lettura, dei quali solo una corrisponde alla corretta informazione del gene

La trascrizione è un processo „asimmetrico“ Template strand/elica stampo a b b‘ w Coding strand/elica senso

Importanza della fase di lettura

Geni che codificano per proteine (polipeptidi) L’elica stampo (template strand) è usata per la sintesi dell’RNA messaggero È letta 3’-5’ e consente la sintesi di un mRNAs 5’-3’ con sequenza nucleotidica complementare all’elica stampo ed “identica” alla sequenza dell’elica senso Il gene termina con un codone di stop Il trascritto continua fino ad una sequenza di terminazione Il trascritto possiede una sequenza leader trascritta ma non tradotta

La trascrizione (DNA>RNA) è comunque finalizzata alla traduzione

I tre tipi di RNA trascritti mRNA (RNA messaggero): contiene la sequenza nucleotidica del gene per la sua conversione a proteina. La sua sequenza nucleotidica viene letta in triplette secondo il codice genetico tRNA (RNA transfer): RNA stabile, specifico per ogni codone “senso”, viene caricato con l’amino acido corrispondente rRNA (RNA ribosomale): circa il 90% di tutto l’RNA presente nella cellula. Costituisce con una cinquantina di proteine il ribosoma, su cui avviene la sintesi proteica

Il Codice Genetico colinearità Corrispondenza tra sequenza nucleotidica nel DNA e sequenza amino acidica nella proteina Codoni Unità elementari del codice genetico, corrispondono ad un aminoacido Decifrato da Marshall Nirenberg negli anni 60 L’universalità del codice genetico è considerata, assieme all’uso del DNA come molecola per la conservazione del materiale genetico, la prova principale dell’evoluzione di tutti gli organismi viventi da un unico progenitore comune

Il codice genetico E’ “degenerato”….. (più di un singolo codone può avere lo stesso significato)

Il codice genetico I codoni che specificano per aminoacidi sono detti codoni “senso” I tre codoni non senso (UAA, UAG, UGA) segnalano la fine della traduzione

Che cosa consente che ad un codone corrisponda un dato aminoacido? 5’ 3’ Il tRNA. Sequenza nucleotidica mRNA (es. GGC, codifica per glicina) Esistono 61 molecole diverse di tRNA, ognuna in grado di legare i codoni senso complementari tramite la loro sequenza anticodone All’estremità 3’ del tRNA viene attaccato l’amino acido corrispondente al codone (nell’esempio, la glicina) 5’ 3’

Il tRNA ha una struttura complessa con tratti a doppio filamento three dimensional structure of tRNA

Sito a cui viene attaccato l’amino acido Regioni a doppio filamento Complementare al codone nell’ mRNA Bases found in all tRNAs are in diamonds; purine and pyrimidine positions in all tRNAs are labeled Pu and Py, respectively.

“Peculiarità” dell’RNA transfer Presenza di regioni a doppio filamento Presenza di un legame esterico aa-nt Presenza di basi azotate modificate (metiluridina(meU), pseudouridina(y))

Aminoacil-tRNA Sintetasi Legame esterico Aminoacido attivato (aa-AMP) The 3‘ end of an aminoacyl-tRNA. The activated amino acid is attached to the 3‘-hydroxyl of adenylic acid by a high-energy bond (red). tRNA La aa-tRNAs sintetasi (21 per cellula)

“Wobble” Scarsa fedeltà nell’appaiamento delle basi 3° posizione del codone è meno importante delle prime due Permette ad un unico tRNA di interagire con più codoni che codificano per lo stesso aa Lo stesso tRNAs può interagire con due diversi codoni per la glicina

Il ribosoma: sede e “cervello” della sintesi proteica Il ribosoma è un complesso costituito da due subunità distinte e composto da rRNA (3 molecole) e proteine (circa 55) Nelle cellule procariote rappresenta la struttura citoplasmatica più complessa The 3‘ end of an aminoacyl-tRNA. The activated amino acid is attached to the 3‘-hydroxyl of adenylic acid by a high-energy bond (red).

Inizio della sintesi proteica Coinvolge le subunità ribosomali tRNA d’inizio Fattori di inizio (IFs)

Inizio della sintesi proteica Il tRNA iniziatore è caricato con formil-metionina Archea ed eucarioti usano tRNA a metionina

Inizio della sintesi proteica Il posizionamento del tRNA d’inizio ha luogo ad un codone AUG Il riconoscimento del ribosoma di un codone AUG di inizio è favorito dalla presenza di una sequenza detta di Shine-Dalgarno …AGGAGG……AUG 5-8 nt

I tre siti di legame per il tRNA sul ribosoma Al termine del ciclo di inizio il ribosoma si è ricostituito e vi sono riconoscibili tre siti di legame per il tRNA peptidil-tRNA (sito P) E’ il sito che lega il tRNA d’inizio e il tRNA attaccato alla catena peptidica Sito dell’aminoacil-tRNA (sito A) Dove entrano i nuovi aa-tRNA Sito di uscita (Exit site) Dove si posizione il tRNA scarico

L’allungamento (elongazione) della sintesi proteica I successivi aa-tRNA vengono posizionati nel sito A del ribosoma da una proteina specifica detta EF-Tu ( idrolisi 1 GTP) L’EF-Tu resta legato al GDP ma viene ricaricato a EF-Tu/GTP da un altro fattore, EF-Ts. L’azione della peptidil-trasferasi del ribosoma consente il trasferimento dell’aa (o catena peptidica) dal sito P all’ aa-tRNA del sito A La catena peptidica nascente viene traslocata al sito P tramite l’intervento di un altro fattore, EF-G (idrolisi di 1 GTP)

Peptidil-trasferasi: Puromicina, cloramfenicolo La fase di allungamento della sintesi proteica è il bersaglio di un grande numero di antibiotici Peptidil-trasferasi: Puromicina, cloramfenicolo EF-Tu: kirromicine, pulvomicine EF-G: acido fusidico Ribosoma: tetraciclina, streptomicina, kanamicina

La terminazione avviene in corrispondenza dei codoni di stop Richiede I fattori di rilascio (RF) Permettono il riconoscimento dei codoni di stop 3 RFs nei procarioti solo 1 RF attivo negli eucarioti

Trascrizione e traduzione sono contemporanee nei procarioti

Step 2: dalla trascrizione alla proteina

Gli enzimi sono attivi solo se ripiegati nella conformazione corretta (folding)

Nel processo di folding hanno luogo modificazioni post-traduzionali: es. Folding ossidativo

Soltanto il corretto appaiamento di residui di cisteina porta alla conformazione biologicamente attiva

DnaK

„Mettersi in riga“ o venire eliminati: il ruolo delle chaperonine

Struttura del complesso GroEL/GroES (una della maggiori chaperonine citoplasmatiche) A) Veduta laterale B) Veduta apicale e basale

Nel citoplasma troviamo anche…. Sostanze di riserva immagazzinate in corpi di inclusione Es.: Granuli di glicogeno (polimero di glucosio) Poli-idrossi-alcanoati (PHA) “Bolle di gas”