Traduzione dell’informazione genetica (1)

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1 Traduzione dell’informazione genetica (1)

2 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

3 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

4 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

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

6 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

7 I ribosomi

8 tRNA

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

10 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

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

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

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

14 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 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.

15 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

16 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

17 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

18 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

19 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

20 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

21 Inibizione della sintesi proteica

22 Polisomi

23 Trasporto a destinazione delle proteine (1)

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

25 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)

26 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

27 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

28 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)

29 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 ….)