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

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

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

Il codice genetico Certo non può esserci una corrispondenza 1:1 Ma non è neanche possibile associare un amminoacido ad una coppia di basi azotate Infatti le possibili coppie di basi sono 42 = 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

Il codice genetico Appare evidente, quindi, che il codice utilizzato si basa su triplette di basi… … infatti 43 = 64 combinazioni sono più che sufficienti per codificare i 20 amminoacidi 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

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

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

mRNA procariotici ed eucariotici

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 dell’mRNA, agendo così da ponte tra questi due tipi diversi di molecole.

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. All’estremità 3' di ogni molecola di tRNA si trova il suo sito di attacco per l’amminoacido: il punto in cui l’amminoacido specifico si lega in modo covalente. Verso la metà della sequenza del tRNA c’è un gruppo di tre basi, chiamato anticodone, che costituisce il sito di appaiamento fra basi complementari (attraverso legami a idrogeno) con l’mRNA. Ciascun tipo di tRNA contiene un particolare anticodone, complementare al codone di mRNA corrispondente al proprio amminoacido. continua

Transfer RNA L’anticodone è posto tra una purina al 3’ ed un uracile al 5’

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. L’amminoacido si attacca all’estremità 3' del tRNA con un legame ricco di energia, formando un tRNA carico. Questo legame fornirà l’energia necessaria alla formazione del legame peptidico che manterrà uniti gli amminoacidi adiacenti.

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 anch’essi 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

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

La struttura del ribosoma Sulla subunità maggiore del ribosoma si trovano tre siti di legame per i tRNA. Un tRNA carico passa dall’uno all’altro di essi seguendo un ordine preciso. Il sito A (attacco) è dove l’anticodone del tRNA carico si lega al codone dell’mRNA, allineando l’amminoacido che va aggiunto alla catena polipeptidica in crescita. Il sito C (condensazione) è dove il tRNA cede il proprio amminoacido alla catena polipeptidica in crescita. 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 un’altra molecola di amminoacido e ricominciare il processo.

La sintesi delle proteine All’inizio l’rRNA della subunità ribosomiale minore si lega a un sito di legame complementare lungo l’mRNA, situato «a monte» (verso l’estremità 5') del codone che dà effettivamente inizio alla traduzione. Il codone di inizio nell’mRNA 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 all’mRNA, 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

La sintesi delle proteine L’allungamento procede così: nel sito A della subunità ribosomiale maggiore rimasto libero entra adesso il tRNA carico, il cui codone è complementare al secondo codone dell’mRNA. Quindi la subunità maggiore catalizza due reazioni: rompe il legame fra il tRNA nel sito C e il suo aminoacido; 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 l’rRNA, 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 dell’ipotesi che l’RNA, e in particolare l’RNA catalitico, si sia evoluto prima del DNA. continua

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 un’altra 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 l’mRNA in direzione 5'→3'. Il processo di allungamento della catena polipeptidica continua a mano a mano che si ripetono le seguenti tappe: il successivo tRNA carico entra nel sito A rimasto libero e qui il suo anticodone si lega al codone dell’mRNA; l’amminoacido appena portato dal tRNA forma un legame peptidico con la catena amminoacidica presente nel sito C; il tRNA del sito C si sposta nel sito D, da cui poi si distacca. Il ribosoma avanza di un codone, cosicché l’intero 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

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 l’idrolisi del legame fra la catena polipeptidica e il tRNA presente nel sito C. Nelle prossime pagine si proverà a mostrare il processo di traduzione in forma animata continua

La traduzione Successivamente su ogni codone si attaccherà il tRNA con l’anticodone complementare, portandosi dietro un amminoacido. La fase di traduzione ha inizio quando l’RNA messaggero si attacca al ribosoma. U G Gln C G A Ala U C A Val A G Gly anticodone codone G C U A continua

La traduzione La fase di traduzione ha inizio quando l’RNA messaggero si attacca al ribosoma. Successivamente su ogni codone si attaccherà il tRNA con l’anticodone complementare, portandosi dietro un amminoacido. U G Gln C G A Ala U C A Val A G Gly G C U A continua

La traduzione La fase di traduzione ha inizio quando l’RNA messaggero si attacca al ribosoma. Successivamente su ogni codone si attaccherà il tRNA con l’anticodone complementare, portandosi dietro un amminoacido. U G Gln U C A Val A G Gly C G A Ala G C U A continua

La traduzione La fase di traduzione ha inizio quando l’RNA messaggero si attacca al ribosoma. Successivamente su ogni codone si attaccherà il tRNA con l’anticodone complementare, portandosi dietro un amminoacido. U G Gln U C A Val A G Gly C G A Ala G C U A continua

La traduzione La fase di traduzione ha inizio quando l’RNA messaggero si attacca al ribosoma. Successivamente su ogni codone si attaccherà il tRNA con l’anticodone complementare, portandosi dietro un amminoacido. U G Gln U C A Val A G Gly C G A Ala G C U A continua

La traduzione La fase di traduzione ha inizio quando l’RNA messaggero si attacca al ribosoma. Successivamente su ogni codone si attaccherà il tRNA con l’anticodone complementare, portandosi dietro un amminoacido. U G Gln U C A Val A G Gly C G A Ala G C U A continua

La traduzione La fase di traduzione ha inizio quando l’RNA messaggero si attacca al ribosoma. Successivamente su ogni codone si attaccherà il tRNA con l’anticodone complementare, portandosi dietro un amminoacido. U C A Val A G Gly U G Gln C G A Ala G C U A continua

La traduzione La fase di traduzione ha inizio quando l’RNA messaggero si attacca al ribosoma. Successivamente su ogni codone si attaccherà il tRNA con l’anticodone complementare, portandosi dietro un amminoacido. U C A Val A G Gly C G A Ala U G Gln G C U A continua

La traduzione L’amminoacido del primo tRNA si lega poi a quello del secondo… U C A Val A G Gly Ala U G Gln C G A G C U A continua

La traduzione L’amminoacido del primo tRNA si lega poi a quello del secondo… U C A Val A G Gly Ala U G Gln C G A G C U A continua

La traduzione L’amminoacido del primo tRNA si lega poi a quello del secondo… U C A Val A G Gly Ala U G Gln C G A G C U A continua

La traduzione … il primo tRNA si allontana… U C A Val A G Gly Ala C G Gln G C U A continua

La traduzione … il primo tRNA si allontana… U C A Val A G Gly C G A Gln G C U A continua

La traduzione … il primo tRNA si allontana… U C A Val A G Gly C G A Gln G C U A continua

La traduzione … e un nuovo tRNA si attacca all’RNA messaggero U C A Val A G Gly C G A Ala U G Gln G C U A continua

La traduzione … e un nuovo tRNA si attacca all’RNA messaggero U C A Val A G Gly Ala U G Gln G C U A continua

La traduzione … e un nuovo tRNA si attacca all’RNA messaggero U C A Val A G Gly Ala U G Gln G C U A continua

La traduzione … e così via. U C A Val Ala Gln A G Gly G U U G C U A continua

La traduzione … e così via. U C A Val Ala Gln A G Gly U G G C U A continua

La traduzione … e così via. U C A Val Ala Gln U G A G Gly G C U A continua

La traduzione … e così via. U C A Val U G Ala Gln A G Gly G C U A continua

La traduzione … e così via. U G U C A Val Ala Gln A G Gly G C U A continua

La traduzione … e così via. U C A Val Ala Gln A G Gly G C U A continua

La traduzione … e così via. Ala Gln U C A Val A G Gly G C U A continua

La traduzione … e così via. Ala Gln A G Gly U C A Val G C U A continua

La traduzione … e così via. Gly Ala Gln U C A Val G G A G C U A continua

La traduzione … e così via. Gly Ala Gln U C A Val G G A G C U A continua

La traduzione 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. continua

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

Ciclo ribosomiale

Produzione di una proteina in eucarioti

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.

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 l’indirizzo» che indica il punto della cellula dove dirigersi. Insomma l’informazione 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 dell’indirizzo indicato nelle loro etichette, oppure rimangono nel citosol. «Interrompi la traduzione e spostati nel reticolo endoplasmatico.» Una volta completata la propria sintesi all’interno del RER, queste proteine possono rimanere nel reticolo endoplasmatico oppure raggiungere l’apparato 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

Il lavoro non finisce con la traduzione

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