Codice Genetico e Traduzione-021210 _(7_) - Bgbunict.it
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TRADUZIONE
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TRADUZIONE
LA TRADUZIONE E’ QUEL PROCESSO ATTRAVERSO CUI SI PASSA<br />
DAL LINGUAGGIO RIBONUCLEOTIDICO DELL’RNA A QUELLO<br />
AMINOACIDICO DELLE PROTEINE.<br />
IL CODICE GENETICO E’ L’INSIEME DI CODONI (TRIPLETTE<br />
NUCLEOTIDICHE) A CUI CORRISPONDONO I VARI AMINOACIDI<br />
PIU’ I CODONI DI TERMINE (CODONI NON SENSO).<br />
SUE PROPRIETA’ FONDAMENTALI SONO:<br />
i) CONTINUITA’ (Eccezione di alcuni fagi –es.:<br />
φX174- in cui il codice è<br />
embricato);<br />
ii) DEGENERAZIONE;<br />
iii) UNIVERSALITA’ (Ad eccezione di alcuni codoni m<strong>it</strong>ocondriali cha hanno<br />
un significato diverso rispetto agli mRNA c<strong>it</strong>oplasmatici)
ESPERIMENTI DI NIREMBERG,<br />
LEDER E KHORANA: LA DECIFRA=<br />
ZIONE DEL CODICE
ESPERIMENTO DI BRENNER E CRICK: L’UNITA’ ELEMENTARE<br />
CODIFICANTE E’ UNA TRIPLETTA!<br />
ABC ABC ABC ABC ABC…<br />
i) 1° delezione (B della 1° tripletta) – ACA BCA BCA BCA BC…<br />
ii) 2° delezione (C della 2° tripletta) – ACA BAB CAB CAB C…<br />
iii) 3° delezione (A della 4° tripletta) – ACA BAB CBC ABC…<br />
DOPO LA TERZA MUTAZIONE (DELEZIONE IN QUESTO CASO) RIAPPARE<br />
LA TRIPLETTA ABC, SI RIPRISTINA LA CORRETTA CORNICE DI LETTURA
IL CODICE GENETICO (Khorana; Ochoa; Niremberg;<br />
Matthaei; Leder)<br />
61 CODONI CODIFICANTI PER 20 aa.<br />
3 SEGNALI DI STOP
I RIBOSOMI<br />
I Ribosomi hanno un diametro di circa<br />
15-30<br />
nm, sono cost<strong>it</strong>u<strong>it</strong>i da<br />
proteine ed rRNA e sia nei<br />
Procarioti che negli Eucarioti, sono<br />
cost<strong>it</strong>u<strong>it</strong>i da una subun<strong>it</strong>à maggiore<br />
e da una subun<strong>it</strong>à minore.
PROCARIOTI<br />
SUBUNITA’ MAGGIORE = 50S<br />
(rRNA 23S e 5S + 34 proteine)<br />
SUBUNITA’ MINORE = 30S<br />
(rRNA 16S + 21 proteine)<br />
EUCARIOTI<br />
SUBUNITA’ MAGGIORE = 60S<br />
(rRNA 28S, 5.8S e 5S + 45 proteine)<br />
SUBUNITA’ MINORE = 40S<br />
(rRNA 18S + 33 proteine)<br />
70S<br />
80S
I RIBOSOMI EUCARIOTICI POSSONO ARRIVARE AD ESSERE<br />
CENTINAIA DI MIGLIAIA IN UNA CELLULA IN ATTIVA<br />
SINTESI PROTEICA. SI POSSONO TROVARE:<br />
1) LIBERI NEL CITOPLASMA (SINTETIZZANO PROTEINE CHE<br />
RIMARRANNO ALL’INTERNO DEL CITOSOL);<br />
2) ADERENTI ALLE MEMBRANE DEL RER (RETICOLO ENDOPLA=<br />
SMATICO RUVIDO) O DEL NUCLEO (SINTETIZZANO PROTEINE<br />
CHE VERRANNO SECRETE DALLA CELLULA O CHE RIMARRANNO<br />
RACCHIUSE IN VESCICOLE ALL’INTERNO DEL CITOPLASMA<br />
CELLULARE)
MATURAZIONE DEGLI rRNA EUCARIOTICI
tRNA<br />
Assumono una conformazione secondo<br />
il modello a trifoglio<br />
Le differenze nelle sequenze nucleotidiche<br />
determinano la capac<strong>it</strong>à di legare un<br />
amminoacido specifico<br />
L’ansa II contiene la sequenza di 3 nucleotidi<br />
detta ANTICODONE che si appaia,<br />
durante la traduzione al codone 17<br />
17:1<br />
dell’mRNA<br />
Questo appaiamento è fondamentale<br />
per l’inserimento dell’amminoacido<br />
corretto,come specificato dall’ m-RNA,<br />
nella catena polipeptidica in cresc<strong>it</strong>a.<br />
G *<br />
5’ P<br />
1<br />
2<br />
3<br />
4<br />
5<br />
6<br />
7<br />
A<br />
C<br />
C<br />
73<br />
72<br />
71<br />
70<br />
69<br />
Methionine<br />
3’ OH<br />
68<br />
67<br />
U * 66<br />
Py59<br />
16Pu<br />
65646362<br />
C<br />
A *<br />
A 9<br />
Pu<br />
1312 Py 10 49505152<br />
G T C<br />
ψ<br />
Py<br />
2223Pu<br />
G<br />
25<br />
47:16<br />
20 A 26<br />
47:15<br />
20:120:2<br />
127 4344<br />
28 42 45<br />
29 41 46<br />
30 40 47<br />
47:1<br />
31 39<br />
Py * 38<br />
U Pu *<br />
34 U 35 A 36 C<br />
Anticodon
STRUTTURA DELL’ mRNA MATURO<br />
5’<br />
Cap<br />
7mGppp<br />
5’ untranslated region<br />
in<strong>it</strong>iation<br />
AUG<br />
translated region<br />
3’ untranslated region<br />
UGA<br />
termination<br />
polyadenylation signal<br />
AAUAAA<br />
(A) ~200<br />
poly(A) tail<br />
3’
NOTA: DISPOSIZIONE ANTIPARALLELA TRA CODONE<br />
DELL’mRNA<br />
ED ANTICODONE DEL tRNA
IMPORTANTE:<br />
Degenerazione del CODICE<br />
avviene in terza base<br />
che si appaia con la base<br />
“vacillante” (1° base al 5’<br />
dell’anticodone) del tRNA!
Attivazione dell’aminoacido<br />
(Fase ATP-dipendente<br />
dipendente)<br />
ATP + Aminoacido = Aminoacido adenilato + 2P<br />
Aminoacido adenilato + tRNA = AminoaciltRNA + AMP<br />
Azione dell’aminoacil-<br />
tRNA<br />
-sintetasi<br />
Anidride acida<br />
(legame ad alta energia<br />
acil-fosfato)<br />
Aminoacil-tRNA
TRADUZIONE NEI PROCARIOTI
Fase GTP-dipendente<br />
Inizio<br />
Sequenza di Shine-Dalgarno<br />
(Facil<strong>it</strong>a il<br />
riconoscimento dell’mRNA<br />
da parte della subun<strong>it</strong>à<br />
minore del Ribosoma. In particolare attori importanti<br />
in questo processo sono i Fattori di Inizio (IF) della<br />
<strong>Traduzione</strong> (IF1, IF2 ed IF3)<br />
fMet: il primo<br />
aa. ad essere<br />
incorporato<br />
nella catena<br />
aa. nascente
Fase GTP-dipendente<br />
Inizio<br />
IF1 ED IF3 HANNO IL COMPITO DI STABILIZZARE<br />
LA SUBUNITA’ MINORE DEL RIBOSOMA CHE, COSì<br />
TENDERà A NON LEGARSI CON LA SUBUNITà<br />
MAGGIORE.<br />
IF2, GRAZIE ALL’IDROLISI DI GTP, PORTA IL PRIMO aa. (f-Met)<br />
SPECIFICATO DA AUG.
Fase GTP-dipendente<br />
Inizio<br />
Assemblaggio del<br />
Ribosoma
Fase GTP-dipendente<br />
Inizio (Assemblaggio del Ribosoma)<br />
SITO P (PEPTIDICO) = Vi si trova legato il f-Met-tRNAtRNA<br />
SITO A (AMINOACIDICO) = Accoglie l’aa. Successivo che si legherà ad f-Met<br />
SITO E (USCITA)
Fase GTP-dipendente<br />
Inizio…Ricap<strong>it</strong>olando<br />
1. Il tRNA iniziatore portante la formil-metioninametionina si lega alla subun<strong>it</strong>à minore<br />
del ribosoma assieme a dei fattori d’inizio (IF1, IF2 ed IF3).<br />
2. Si lega l’mRNA<br />
mRNA, la subun<strong>it</strong>à minore del ribosoma scorre sull’mRNA<br />
fino a<br />
quando non incontra il codone d’inizio AUG.<br />
3. Si instaura il legame tra l’AUG e l’anticodone del tRNA iniziatore.<br />
4. Si associa la subun<strong>it</strong>à maggiore.<br />
5. Il tRNA iniziatore occupa il s<strong>it</strong>o P, al s<strong>it</strong>o A è presente il secondo codone<br />
dell’ mRNA
Fase GTP-dipendente<br />
Allungamento
Fase GTP-dipendente<br />
Allungamento<br />
Formazione del legame<br />
peptidico mediante<br />
reazione<br />
di transpeptidazione.<br />
NOTA: Il legame<br />
Si forma sfruttando<br />
l’energia contenuta nel<br />
legame estere tra tRNA<br />
ed aa. (formatosi durante<br />
l’attivazione dell’aa.)!!!
Formazione del legame peptidico
Fase GTP-dipendente<br />
Allungamento<br />
Al s<strong>it</strong>o A si lega il tRNA acilato (portante il secondo<br />
aminoacido della catena polipeptidica).<br />
Si forma il legame peptidico tra l’estrem<strong>it</strong>à COOH<br />
terminale della Metionina e l’estrem<strong>it</strong>à NH2 terminale<br />
del secondo aminoacido ad opera dell’attiv<strong>it</strong>à<br />
enzimatica della subun<strong>it</strong>à maggiore del ribosoma.<br />
L’energia necessaria è data dall’attivazione<br />
aminoacidica.
TRASLOCAZIONE<br />
Il tRNA scarico che occupava il s<strong>it</strong>o P occuperà il<br />
s<strong>it</strong>o E<br />
il tRNA portante il dipeptide che occupava il s<strong>it</strong>o A<br />
occuperà il s<strong>it</strong>o P<br />
al s<strong>it</strong>o A sarà presente il terzo codone dell’mRNA<br />
pronto ad osp<strong>it</strong>are un nuovo tRNA acilato
Fase GTP-dipendente<br />
Terminazione<br />
La presenza di più segnali di STOP stimola<br />
la comparsa di fattori di rilascio RF1, RF2<br />
ed RF3.<br />
Quando al s<strong>it</strong>o A sarà presente uno dei 3<br />
segnali di arresto (UAA, UGA, UAG), si<br />
legheranno dei fattori di terminazione e la<br />
sintesi sarà bloccata
Il fattore RRF favorisce<br />
il disassemblaggio<br />
delle due subun<strong>it</strong>à<br />
ribosomali!
I ribosomi scorrono numerosi l’uno dietro<br />
l’altro, sull’mRNA<br />
formando i POLISOMI, al<br />
fine di sfruttare numerose volte la stessa<br />
molecola di mRNA che ha una emiv<strong>it</strong>a di<br />
poche ore!
<strong>Traduzione</strong> - Inizio<br />
fMet<br />
Large<br />
subun<strong>it</strong><br />
5’<br />
E<br />
Small mRNA<br />
subun<strong>it</strong><br />
P<br />
A<br />
UAC<br />
GAG...CU-AUG--UUC--CUU--AGU--GGU--AGA--GCU--GUA--UGA-AT GCA...TAAAAAA<br />
3’
<strong>Traduzione</strong> - Allungamento<br />
Met<br />
Polypeptide<br />
Phe<br />
Leu Ser<br />
Gly<br />
Arg<br />
Aminoacyl tRNA<br />
Ribosome<br />
E<br />
P<br />
A<br />
5’<br />
CCA<br />
GAG...CU-AUG--UUC--CUU--AGU--GGU--AGA--GCU--GUA--UGA-AT GCA...TAAAAAA<br />
mRNA<br />
3’
<strong>Traduzione</strong> - Allungamento<br />
Met<br />
Polypeptide<br />
Phe<br />
Leu Ser<br />
Gly<br />
Arg<br />
Aminoacyl tRNA<br />
5’<br />
Ribosome<br />
P A<br />
E<br />
CCA UCU<br />
GAG...CU-AUG--UUC--CUU--AGU--GGU--AGA--GCU--GUA--UGA-AT GCA...TAAAAAA<br />
mRNA<br />
3’
<strong>Traduzione</strong> - Allungamento<br />
Met<br />
Polypeptide<br />
Phe<br />
Leu Ser<br />
Gly<br />
Arg<br />
Ribosome<br />
E<br />
P<br />
A<br />
CCA<br />
UCU<br />
GAG...CU-AUG--UUC--CUU--AGU--GGU--AGA--GCU--GUA--UGA-AT GCA...TAAAAAA<br />
5’ mRNA 3’
<strong>Traduzione</strong> - Allungamento<br />
Met<br />
Polypeptide<br />
Phe<br />
Leu Ser<br />
Gly<br />
Arg<br />
Ala<br />
Aminoacyl tRNA<br />
Ribosome<br />
E<br />
P<br />
A<br />
CCA<br />
5’<br />
UCU<br />
3’<br />
GAG...CU-AUG--UUC--CUU--AGU--GGU--AGA--GCU--GUA--UGA-AT GCA...TAAAAAA<br />
mRNA
<strong>Traduzione</strong> - Allungamento<br />
Met<br />
Polypeptide<br />
Phe<br />
Leu Ser<br />
Gly<br />
Arg<br />
Ala<br />
5’<br />
Ribosome<br />
E<br />
UCU CGA<br />
GAG...CU-AUG--UUC--CUU--AGU--GGU--AGA--GCU--GUA--UGA-AT GCA...TAAAAAA<br />
mRNA<br />
P<br />
A<br />
3’
TRADUZIONE NEGLI EUCARIOTI<br />
PRINCIPALI DIFFERENZE CON I<br />
PROCARIOTI
1) Fase di inizio regolata da una decina di fattori<br />
2) Aminoacido iniziatore è la Met (e non la f-Met). Esistono due<br />
Met-tRNAtRNA diversi: uno che riconosce il codone di inizio e l’altro<br />
che riconosce i codoni successivi<br />
3) Non c’è una Sequenza Shine-Dalgarno<br />
Dalgarno: la subun<strong>it</strong>à minore del ribosoma<br />
dopo aver riconosciuto il 5’cap, inizia uno scanning della molecola di<br />
mRNA fino ad incontrare (dopo in media 100 nt. Dall’inizio) l’AUG<br />
4) Mancando la sequenza Shine-Dalgarno<br />
Dalgarno, a livello degli mRNA eucariotici<br />
l’AUG viene individuato poiché all’interno di una sequenza (GCCGCCA/G<br />
CCAUGG) G) detta di Kozak<br />
5) Gli mRNA eucariotici sono detti monocistronici<br />
6) I Fattori di rilascio sono 3 nei Procarioti contro 1 (eRF3) degli Eucarioti<br />
NOTA: La conoscenza approfond<strong>it</strong>a delle differenze dei processi molecolari<br />
coinvolti nella traduzione pro- ed eucariotica ha portato alla produzione di<br />
molecole antibiotiche quanto più selettive possibile e pertanto meno tossiche<br />
per le cellule eucariotiche! (Es: Antibiotici Er<strong>it</strong>romicina e Streptomicina)
Il Genoma cellulare specifica inoltre:<br />
La struttura primaria delle proteine<br />
Destinazione delle proteine all’interno<br />
della cellula<br />
Presenza o assenza della proteina in un<br />
determinato tipo cellulare o in un<br />
determinato momento della v<strong>it</strong>a cellulare<br />
La struttura primaria di RNA non tradotti
Modificazioni post-traduzional<strong>it</strong>raduzionali<br />
Glicosilazione<br />
Acetilazione<br />
Fosforilazione