Il flusso dell’informazione e il dogma centrale (Crick, 1958) Trascrizione Traduzione Traduzione Traduzione Traduzione Garrett & Grisham

La natura del codice genetico e la sintesi proteica Occorre tradurre il linguaggio “a quattro lettere” (basi) dell’RNAm in uno a 20 lettere (amminoacidi) delle proteine È richiesto un codice a triplette: 4 3 = 64, mentre 42 = 16 non basterebbe per codificare 20 amminoacidi. Un gruppo di tre basi codifica per un amminoacido. Il codice non è sovrapposto La sequenza è letta da un punto di partenza fisso, senza “punteggiatura” (interruzioni) Il codice è degenerato (tranne Trp e Met, ogni amminoacido può essere codificato da più triplette)

Il codice genetico non è sovrapposto Codice non sovrapposto Codice sovrapposto

Questo accade per alcuni virus e batteri Una sequenza teoricamente può essere letta in più modi con diversi moduli o “frames” di lettura Questo accade per alcuni virus e batteri

“Frame o griglia di lettura”, delezioni ed inserzioni “Gene” corretto: THE BIG RED FOX ATE THE EGG Delezione: THE IGR EDF OXA TET HEE GG.. Inserzione: THE IGR EDX FOX ATE THE EGG Una inserzione e una delezione ripristinano il corretto “frame di lettura” Voet

Il codice genetico

Il codice genetico Tutti i codoni (triplette) hanno un significato (61 codificano, tre sono codoni di terminazione) Il codice non è ambiguo Codoni che rappresentano lo stesso amminoacido (sinonimi) o amminoacidi simili hanno spesso sequenza simile Spesso la terza base è irrilevante Il codice genetico “standard” è largamente diffuso, ma non universale In alcune circostanze, un codone di terminazione UGA codifica per la selenocisteina

La degenerazione protegge in parte dalle mutazioni da: Champe

Mutazione silente Nel DNA A al posto di C Trascrizione mRNA peptide TACACCGAGGGACTAATT…… Trascrizione mRNA AUGUGGCUCCCUGAUUAA… peptide Met Trp Leu Pro Asp STOP Per la degenerazione del codice genetico non si ha cambiamento della tripletta, viene sintetizzata la stessa proteina

Mutazione di senso Nel DNA A al posto di T Trascrizione mRNA peptide TACACCGAGGGCCAAATT…… Trascrizione mRNA AUGUGGCUCCCGGUUUAA… peptide Met Trp Leu Pro Val STOP si ha cambiamento della tripletta, viene viene modificato il messaggio genetico

Mutazione senso a livello dell’emoglobina

Gli RNA transfer (RNAt) servono da adattatori tra RNAm e amminoacidi Adattatore Tripletta che codifica per un amminoacido

Struttura dei tRNA codon e anticodon sono antiparalleli

Interazione tra RNAt e RNAm

L’attivazione degli amminoacidi richiede ATP L’amminoacil-AMP è una anidride mista

Formazione dell’amminoacil-RNAt La fenilalanina è selezionata tramite il suo codone

I ribosomi Legano RNAm in modo che i codoni interagiscano correttamente con gli anticodoni dell’RNAt Contengono siti per il peptide nascente (sito P) e per amminoacil-RNAt entrante (sito A) Favoriscono l’interazione con fattori proteici non ribosomiali Catalizzano la formazione del legame peptidico (ribozima) “Scorrono” in modo da tradurre i codoni in sequenza (traslocazione)

Una cellula procariotica ribosomi In Escherichia coli circa 20000 ribosomi/cellula I ribosomi ocntngono l’80 % dell’RNA totale

Allungamento

Terminazione RF si lega La terminazione è segnalata da tre triplette “senza senso” (che non corrispondono ad un RNAt; UAA, UAG, UGA) Quando al sito A c’è una tripletta “senza senso” , fattori di rilascio (RF) favoriscono la idrolisi del legame tra peptide e ultimo RNAt e la dissociazione delle subunità ribosomiali a spese di GTP Il legame peptidil-RNAt si idrolizza I componenti si dissociano

Polisomi Gruppi di ribosomi che leggono lo stesso RNAm e rendono possibile la rapida traduzione di un messaggio Direzione della traduzione

Modificazioni post-traduzionali delle proteine

Nei batteri c’è uno stretto accoppiamento fra trascrizione e traduzione Direzione della trascrizione Direzione della traduzione

Negli eucarioti traduzione e trascrizione avvengono nel nucleo e nel citoplasma

Problema degli eucarioti: Le regioni codificanti dei geni degli eucarioti sono interrotte da sequenze che devono essere eliminate

Negli eucarioti un problema in più: lo splicing

Gli INTRONI possono essere visualizzati ibridando mRNA con DNA genomico

Decifrare il Codice! 1953: DNA structure (Watson and Crick) 1961: the genetic code (Matthaei and Nirenberg)

…nel frattempo…. George Gamow – a Russian physicist, is excited by the double helix The “RNA tie club”

F. Crick fu il primo a venire a sapere che il codice si legge a triplette

14.3 Studies by Nirenberg, Matthaei, and Others Led to Deciphering of the Code 14.3.1 Synthesizing Polypeptides in a Cell-Free System Marshall Nirenberg (1927-) pioneered the use of cell-free translation systems Nirenberg was a gator (‘48 B.S., ‘52 M.S.) who later received a Ph.D. from Michigan and moved to the NIH

Triplet Binding Assay

Results of Synthetic Copolymer Experiments

But … there isn’t only 1 code, but 16!