La traduzione genica.

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1 La traduzione genica

2 Introduzione La traduzione genica, o sintesi delle proteine, è la seconda fase dell’espressione genica, cioè il processo con il quale le informazioni contenute nel dna vengono convertite in proteine. Attraverso il codice genetico, cioè la relazione tra triplette di basi azotate dell’RNA e gli amminoacidi di queste proteine entrano in gioco diversi tipi di RNA che contribuiscono al compito del dna. Nella traduzione sono coinvolti: il ribosoma, composto da rRNA e proteine ribosomiali; l'RNA messaggero (mRNA); l'RNA transfer (tRNA), una corta catena di RNA (74-93 nucleotidi) che è legata covalentemente ad un dato amminoacido, costituendo un amminoacil-t-RNA; le Amminoacil tRNA sintetasi, enzimi che catalizzano la formazione del legame ad alta energia tra un dato amminoacido e l'RNA-transfer corrispondente; diverse altre proteine.

3 L’RNA L'acido ribonucleico (RNA) è molto simile al DNA. Anch'esso è una catena polipeptidica contenente quattro nucleotidi diversi. Le molecole di RNA differiscono da quelle di DNA perché: contengono lo zucchero ribosio (con un gruppo OH legato al carbonio 2') anziché il deossiribosio (da qui il nome); una delle basi, la timina, è sostituita dall'uracile (U). In questo caso è l'uracile a legarsi all'adenina, mentre la guanina si lega sempre alla citosina; sono di solito a singolo filamento, anziché a filamento doppio. Le molecole di RNA vengono sintetizzate attraverso un processo, conosciuto come trascrizione del DNA, dove un filamento di DNA viene ricopiato nel corrispondente filamento di RNA Vi sono tre tipi di RNA comuni a tutti gli organismi cellulari: mRNA (messaggero) che contiene l'informazione per la sintesi delle proteine; rRNA (RNA ribosomale), che entra nella struttura dei ribosomi; tRNA (RNA transfer, o di trasporto) necessario per la traduzione nei ribosomi.

4 I ribosomi I ribosomi sono i siti della sintesi proteica e sono costituiti per un terzo da proteine e per due terzi da RNA ribosomiale (rRNA). Ogni ribosoma è formato da due subunità, ciascuna con i suoi rRNA e le sue proteine caratteristiche. La subunità più piccola ha un sito di legame per l’RNA messaggero; la subunità più grande ha due siti per gli RNA di trasporto. L'esattezza della traduzione è dovuta al lavoro di entrambe le subunità. Ribosomi sul reticolo endoplasmatico visti al microscopio elettronico.

5 tRNA L'RNA transfer (o RNA di trasporto), abbreviato in tRNA, è una piccola catena di RNA (di nucleotidi) che trasferisce un amminoacido specifico ad una catena polipeptidica in crescita al sito ribosomiale della sintesi proteica durante la traduzione. Il tRNA ha un sito di attacco per l'amminoacido ed una regione con tre basi (nucleotidi), chiamata anticodone, che riconosce il corrispondente codone a tre basi dell'mRNA attraverso l'appaiamento di basi complementari. Ogni tipo di molecola di tRNA può legarsi ad un solo tipo di amminoacido, ma essendo presenti nel DNA tipi diversi di codoni che specificano uno stesso amminoacido, molti tipi di tRNA con anticodoni differenti possono portare lo stesso amminoacido. Struttura tridimensionale di due amminoacil-tRNA. Quello a sinistra trasporta fenilalanina, quello a destra aspartato. Si noti che gli amminoacidi (frecce in alto), a confronto con i tRNA che li trasportano, hanno una dimensione molto ridotta. Le tre basi che compongono gli anticodoni sono riportate in basso Indietro

6 mRNA L'RNA messaggero (o mRNA) è un tipo di RNA che codifica e porta informazioni durante la trascrizione dal DNA ai siti della sintesi proteica, per essere sottoposto alla traduzione, ha una forma lineare. Il "ciclo vitale" di un mRNA in una cellula eucariote. L'RNA è trascritto nel nucleo cellulare; dopo essere stato completamente modificato viene trasportato nel citoplasma e tradotto da un ribosoma. Alla fine della sua vita l'mRNA viene degradato. Indietro

7 L’rRNA nella ricerca scientifica
L'RNA ribosomiale (o rRNA) è la tipologia più abbondante di RNA presente nella cellula. Non codifica direttamente le proteine, ma è il componente essenziale (circa i due terzi) dei ribosomi. La funzione dell'rRNA è fornire un meccanismo per la decodifica dell'mRNA in amminoacidi (al centro della subunità minore del ribosoma) ed interagire con il tRNA durante la sintesi proteica. Le due subunità di un ribosoma batterico L’rRNA nella ricerca scientifica Indietro

8 L’rRNA nella ricerca Le caratteristiche dell'RNA ribosomiale sono importanti per la medicina e per lo studio dell'evoluzione: L'rRNA è il bersaglio di molti antibiotici: cloramfenicolo, eritromicina, kasugamicina, micrococcina, paromicina, ricina, sarcina, spectinomicina, streptomicina e tiostreptone; L'rRNA è il componente più conservato (che ha subito meno variazioni nel corso dell'evoluzione) in tutte le cellule. Per questa ragione, i geni che codificano per l'rRNA vengono sequenziati per identificare il gruppo tassonomico di un organismo, per riconoscere i gruppi correlati e stimare il tasso di divergenza tra le varie specie. La tassonomia è la classificazione gerarchica di concetti, quindi, all’interno del mondo animale, la classificazione delle varie specie animali. Indietro

9 Le fasi della traduzione
La traduzione si svolge in tre fasi: inizio, allungamento e terminazione, che verranno illustrate nelle diapositive seguenti.

10 Inizio La prima fase, l’inizio, comincia quando la subunità ribosomiale più piccola si attacca al filamento di mRNA presso l’estremità 5’, ponendo in evidenza il primo codone di questo filamento. Poi, il primo tRNA si colloca in modo da appaiarsi con il codone d’inizio dell’mRNA. Questo codone è in genere (5’) – AUG – (3’) ed è complementare all’anticodone (3’) – UAG – (5’) del tRNA. Nei procarioti il tRNA che ha questo anticodone porta con se una forma modificata dell’amminoacido metionina, nota come fMet. L’fMet sarà pertanto il primo amminoacido della catena polipeptidica in via di formazione, ma in seguito, una volta che questa si è completata, viene generalmente rimosso dal polipeptide. La combinazione fra la sub unità ribosomiale più piccola, l’mRNA e il tRNA d’inizio è detta complesso d’inizio. Una volta che questo si è formato, la sub unità ribosomiale più grossa si attacca a quella più piccola e il tRNA d’inizio, con la sua fMet, va a occupare il sito P (peptide) della sub unità più grossa, che è uno dei due siti di legame con il tRNA. L’energia necessaria per questa tappa, che completa la fase iniziale viene fornita dall’idrolisi della guanosina trifosfato (GTP).

11 Allungamento All’inizio della seconda fase, quella di allungamento, il secondo codone dell’mRNA si colloca di fronte al sito A (amminoacile) nella sub unità più grossa. Un tRNA con un anticodone complementare al secondo codone di mRNA si inserisce sulla molecola di mRNA e, con il suo amminoacido va ad occupare il sito A del ribosoma. A questo punto, si forma un legame peptidico tra i due amminoacidi, con l’attacco del primo (fMet) al secondo. Il primo tRNA viene liberato. Il ribosoma si sposta in avanti di un codone lungo la catena di mRNA e di conseguenza il tRNA, al quale ora sono attaccati fMet e il secondo amminoacido, passa dalla posizione A alla posizione P; un terzo complesso amminoacido– tRNA, si sposta nella posizione A, adesso libera, di fronte al terzo codone dell’mRNA, e l’operazione si ripete. Di volta in volta la posizione P alloggia il tRNA recante la catena polipeptidica in formazione e la posizione A alloggia il tRNA con il nuovo amminoacido che si dovrà aggiungere alla catena.

12 Terminazione Verso l’estremità della sequenza della molecola di mRNA è presente uno, per esempio UAA, o più di uno dei tre codoni che hanno la funzione di segnale di terminazione. Non esistono tRNA con anticodoni corrispondenti a questi codoni e, di conseguenza, nel sito A, non entrerà alcun tRNA. Quando si aggiunge a un codone di terminazione, la traduzione cessa. La catena polipeptidica è rimossa e due sub unità ribosomiali si separano. A mano a mano che, durante il processo di allungamento il ribosoma si sposta lungo la catena di mRNA, la parte iniziale della molecola dell’mRNA rimane libera e un altro ribosoma può formare con essa un complesso d’inizio. Un gruppo di ribosomi che legge la stessa molecola di mRNA è detto polisoma o poliribosoma. I polisomi rendono possibile la rapida sintesi di copie multiple di un polipeptide a partire dalle istruzioni trasportate da un’unica molecola di mRNA. La comprensione dettagliata di questo preciso meccanismo di traduzione è stata una conquista straordinaria; ancora più strabiliante è sapere che in questo preciso istante un processo simile si sta svolgendo praticamente in tutte le cellule del nostro corpo.

13 Indietro GTP Il guanosintrifosfato o GTP è un ribonucleotide trifosfato formato dalla guanina (una base azotata), dal ribosio (uno zucchero pentoso) e da tre gruppo fosfato. Il GTP è un nucleotide incorporato nella catena di RNA durante la sua sintesi, ed utilizzato come fonte di energia per la sintesi proteica. È coinvolto anche nella formazione dei cappucci dell'mRNA, nella formazione dei microtubuli e nel meccanismo di transduzione del segnale, dove viene convertito in GDP attraverso l'azione delle GTPasi, producendo energia.

14 Fonti Invito alla biologia – Quinta edizione di Helena Curtis, Sue Barnes – Ed. Zanichelli per l’immagine in copertina Presentazione creata utilizzando Microsoft PowerPoint 2007