dall mrna alle proteine 17. Sintesi Proteica e Codice Genetico

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1 17. Sintesi Proteica e Codice enetico contiene materiale protetto da copyright, ad esclusivo uso personale; non è consentita diffusione ed utilizzo di tipo commerciale dall mrn alle proteine 1

2 L RN messaggero viene trado5o dai ribosomi Ribosomi costituiti da complessi di ribonucleoproteine (RN + Proteine) e deputati alla sintesi proteica da RN messaggero 2 tipi di ribosomi nel citosol: RIBOSOMI LETI LL MEMBRN ESTERN DEL RE (poliribosomi): sintetizzano tutte le proteine transmembrana e quelle destinate ad essere secrete RIBOSOMI LIBERI: non attaccati a nessuna membrana, i quali sintetizzano tutte le altre proteine codificate dal genoma. Ribosomi liberi e quelli associati alla membrana sono strutturalmente e funzionalmente identici 2

3 Ribosomi presentano due subunità (maggiore e minore) libere nel citoplasma, si associano per operare la traduzione degli mrn I Ribosomi associati al RER sono impegnati nella sintesi di proteine che possono essere secrete o incorporate nella membrana Le proteine che entrano nel reticolo, proseguiranno successivamente per l'apparato di olgi e verranno infine espresse sulla membrana plasmatica o secrete. 3

4 Le due subunità vengono riferite in base loro valore S (coefficiente di sedimentazione) 4

5 Confronto tra Ribosomi batterici ed eucariotici Coefficiente di sedimentazione s = v / ω 2 r v = velocità di sedimentazione (dipende da massa, densità propria e del mezzo, e dal campo centrifugo applicato) ω = velocità angolare del rotore in radianti/s r = distanza radiale della particella dall'asse di rotazione, cm I valori comuni di s sono nell'ordine di sec = 1 svedberg (S) se rrn ha s = sec è coefficiente = 5S. 5

6 La codifica dell mrn avviene sui RIBOSOMI Forma; da 4 RN e 80 proteine diverse In vitro le 2 subunità si dissociano se < Mg 6

7 l Microscopio elettronico i ribosomi appiano associati in catene di 5-20 elementi, denominati POLISOMI, dove avviene la traduzione degli mrn, ovvero la sintesi proteica. 7

8 Poliribosomi ( 35 aa) mrn tradotto simultaneamente da più ribosomi che si muovono in direzine 5-3 In ogni istante ribosoma accoglie 2 trn: - Con proteina nascente - Con aa da aggiungere COMPONENTI MCROMOLECOLRI E. COLI 25 % massa batterica secca è costituito da componenti dell espressione genica 8

9 I codoni di mrn NON riconoscono dire5amente gli aa cui corrispondono Sono necessarie molecole ada5atrici che riconoscono e legano sia il codone che l aa a si; diversi L RN transfer è l adattatore 9

10 braccio acce/ore (chiamato anche braccio amminoacidico): 7 paia di basi (i nucleo;di che si appaiano sono quelli 5'- e 3'- terminali). l 3 : OH per l'a5acco dell'amminoacido. l 5 : gruppo fosfato NB lla terminazione 3' si trova trinucleo5de molto conservato dalla sequenza CC (de:a anche coda CC). importante per il riconoscimento dei trn durante la traduzione. braccio D: è una regione contenente un loop che presenta spesso diidrouridina. braccio : (o braccio dell'an/codone) è composto di 5 paia di basi e termina in un loop contenente l'an;codone. braccio T: composto da 5 paia di basi, con;ene una sequenza molto conservata TΨC. (pseudouridina) braccio extra: composizione variabile da 3 a 21 basi altre cara5eris/che trn - sinte;zza; so5o forma di precursori - sequenze extra eliminate da endo- / eso- nucleasi - 3 nucleo;di all estremità 3 sempre CC - esiste almeno un trn per ogni aa Denominazione - in apice abbreviazione a tre le5ere dell aa ex. trn la - in pedice numero se + trn per stesso aa ex. trn 1 la trn 2 la - se trn porta già l aa aggiungere prefisso dell aa ex. la- trn 10

11 trn + aa = amminoacil- trn (MP+aa) amminoacil -trn sintetasi Domanda: La sequenza dell anfcodone consente da sola all amminoacil- trn di riconoscere il codone corre/o? esperimento Risposta: SI: una volta che trn è caricato, aa NON ha influenza sulla specificità data solo dall an/codone 11

12 La struttura secondaria di ogni trn si ripiega in una struttura terziaria a forma di L con stelo accettore ed anticodone alle estremità opposte ñ Siti con funzioni particolari sono separati dalla max distanza Modello a spazio pieno 12

13 Ogni ribosoma presenta - un sito di legame per l mrn - 3 si; di legame per il trn Sito (mminoacil- trn) Sito P (Pep;dil- trn) Sito E (Exit (uscita)) 13

14 Passaggi ripetu; fino al codone di stop I si; dei trn si estendono in entrambe le subunità 14

15 INTERZIONI trn- Ribosoma trn e mrn si spostano attraverso il ribosoma nella stessa direzione 15

16 16

17 Nei batteri l inizio della traduzione richiede le subunità 30S e fattori accessori no speciale trn iniziatore incomincia la sintesi La traduzione di un mrn comincia sempre con un codone e richiede sempre un trn iniziatore che reca l aa METIONIN 17

18 NB non tutte le proteine presenti in natura cominciano con Met che verrà eliminata da ammino peptidasi Specificità stru5urali del trn iniziatore NB è l unico trn che entra nel sito P 18

19 IdenFficazione della triple/a d inizio [] nei procariof complementare guida subunità minore x! legare mrn contenente sempre a monte codone di inizio NB: mol5 RiBosomeSite (RBS): mrnprocario5 sono policistronici (codificano per + pep5di) fa/ori accessori controllano Inizio sintesi proteica nei procariof 19

20 Nell mrn eucariotico le subunità piccole migrano sui siti d inizio IndenFficazione dell iniziale negli eucariof Modello della scansione Importante presenza a valle Coppia a monte 20

21 allungamento 21

22 La catena polipeptidica si sposta sull amminoacil-trn Peptidil trasferasi Ciclo di aggiunta degli aa è completato dalla TRSLOCZIONE 22

23 TRSLOCZIONE avviene in 2 fasi a. 50S si muove rispetto a 30S b. 30S si muove lungo mrn fino a ritrovare la conformazione originale Modello dello stato ibrido: Estremità aa dei trn si spostano nei nuovi siti Estremità con gli anticodoni ancora unita ai codoni Legami ibridi: 50S E/30S P 50S P/30S Tre codoni causano la terminazione della sintesi proteica (amber) (ochre) (opal) 23

24 I codoni di termine sono riconosciu; da fa/ori di rilascio (RF) RF1 riconosce e RF2 riconosce e giscono a livello del sito in presenza del polipep5dil trn 24

25 La terminazione richiede molteplici fattori proteici Ribosome Recycling Factor 25

26 rrn 16S Il ruolo dell RN ribosomico nella sintesi proteica ruolo azvo nelle funzioni della subunità 30S interagisce dire5amente con l mrn e con gli an;codoni dei trn nei si; P ed rrn23s azvità pep;diltrasferasica SiF dell rrn 16S necessari per determinate funzioni 26

27 La traduzione La Successivamente fase di traduzione su ogni ha codone inizio quando si a5accherà l RN il messaggero trn con si a5acca al l an;codone ribosoma. complementare, portandosi dietro un amminoacido. ln la ly C C an;codone codone C C C C La traduzione La Successivamente fase di traduzione su ogni ha codone inizio quando si a5accherà l RN il messaggero trn con si a5acca al l an;codone ribosoma. complementare, portandosi dietro un amminoacido. ln la ly C C C C C C 27

28 La traduzione La Successivamente fase di traduzione su ogni ha codone inizio quando si a5accherà l RN il messaggero trn con si a5acca al l an;codone ribosoma. complementare, portandosi dietro un amminoacido. ln ly la C C C C C C La traduzione La Successivamente fase di traduzione su ogni ha codone inizio quando si a5accherà l RN il messaggero trn con si a5acca al l an;codone ribosoma. complementare, portandosi dietro un amminoacido. ln ly la C C C C C C 28

29 La traduzione La Successivamente fase di traduzione su ogni ha codone inizio quando si a5accherà l RN il messaggero trn con si a5acca al l an;codone ribosoma. complementare, portandosi dietro un amminoacido. ln ly la C C C C C C La traduzione La Successivamente fase di traduzione su ogni ha codone inizio quando si a5accherà l RN il messaggero trn con si a5acca al l an;codone ribosoma. complementare, portandosi dietro un amminoacido. ln ly la C C C C C C 29

30 La traduzione La Successivamente fase di traduzione su ogni ha codone inizio quando si a5accherà l RN il messaggero trn con si a5acca al l an;codone ribosoma. complementare, portandosi dietro un amminoacido. ly ln la C C C C C C La traduzione La Successivamente fase di traduzione su ogni ha codone inizio quando si a5accherà l RN il messaggero trn con si a5acca al l an;codone ribosoma. complementare, portandosi dietro un amminoacido. ly la ln C C C C C C 30

31 La traduzione L amminoacido del primo trn si lega poi a quello del secondo ly la ln C C C C C C La traduzione L amminoacido del primo trn si lega poi a quello del secondo ly la ln C C C C C C 31

32 La traduzione L amminoacido del primo trn si lega poi a quello del secondo ly la ln C C C C C C La traduzione il primo trn si allontana ly la ln C C C C C C 32

33 il primo trn si allontana La traduzione ly la ln C C C C C C La traduzione il primo trn si allontana ly la ln C C C C C C 33

34 La traduzione e un nuovo trn si a5acca all RN messaggero ly la ln C C C C C C La traduzione e un nuovo trn si a5acca all RN messaggero ly la ln C C C C C 34

35 La traduzione e un nuovo trn si a5acca all RN messaggero la ln ly C C C C C La traduzione e così via. la ln ly C C C C C 35

36 La traduzione e così via. la ln ly C C C C C La traduzione e così via. la ln ly C C C C C 36

37 La traduzione e così via. la ln ly C C C C C La traduzione e così via. la ln ly C C C C C 37

38 La traduzione e così via. la ln ly C C C C C e così via. la ln ly C C C C C 38

39 e così via. la ln ly C C C C C e così via. la ln ly C C C C C 39

40 e così via. la ln ly C C C C C In questo modo si viene a costruire un polipep;de sempre più grande finché non si arriva ad un codone di stop e la sintesi si interrompe. 40

41 L interpretazione del codice gene;co Perché avvenga la traduzione è necessario passare da un linguaggio fatto di NCLEOTIDI ad un linguaggio di MINOCIDI. li aminoacidi presenti in tutte le proteine sono 20 mentre le basi sono solo 4. Se ogni base specificasse per 1 amminoacido, avremmo: 4 1 = 4 è solo 4 aminoacidi specificati. Se la combinazione di 2 basi specificasse per 1 aminoacido, avremmo: 4 2 = 16 aminoacidi specificati. Se la combinazione di 3 basi specificasse per 1 aminoacido, avremmo: 4 3 = 64 combinazioni per 20 aminoacidi. 41

42 Il codice pertanto è a triplette: cioè la combinazione di tre basi specifica per 1 aminoacido. Ogni tripletta è detta CODONE. Esistono 3 triplette che non codificano per nessun aminoacido e sono dette codoni di STOP: ; ;. CODICE ENETICO Regole a5raverso cui la cellula traduce una sequenza di codoni (o triple:e di basi) di RN in una sequenza di amminoacidi durante la sintesi proteica. Tu5e le cellule procario;che e eucario;che usano lo stesso codice gene;co* sando sistemi di sintesi proteica in vitro, estraz di E.coli possono tradurre mrn di qualsiasi specie * alcune differenze nel DN mitocondriale 64-3 (codoni di stop) = 61 triplette per 20 aa Codice è ridondante: ogni aa può essere specificato da + di 1 codone. NB i diversi codoni per un aminoacido sono diversi soprattutto nella 3 base 42

43 na molecola di RN è traducibile in 3 modi diversi a seconda del MODLO di LETTR CRTTERISTICHE DEL CODICE ENETICO - Il codice genetico è a TRIPLETTE cioè la combinazione di tre basi specifica per 1 aminoacido - Il codice genetico è RIDONDNTE cioè ogni aminoacido può essere specificato da più di un codone. - Il codice genetico NON è MBIO cioè un determinato codone specifica per un solo aminoacido - Il codice genetico è NIVERSLE cioè uguale per tutti gli esseri viventi tranne alcune eccezioni. - Il codice genetico è SENZ PNTEITR cioè viene letto linearmente (di tre basi in tre basi di seguito) e NON è SOVRPPONIBILE (es. la stessa base non può essere letta come l ultima di un codone e la prima del successivo). 43

44 Non vi è correlazione tra numero di codoni per aa e frequenza di u;lizzo nelle proteine 44

45 Nella sintesi proteica il trn corre5o viene selezionato dalla interazione tra codone ed anfcodone. L aminoacido NON partecipa al processo di riconoscimento tra trn e mrn Nel riconoscimento codone- an;codone : 5 - C - 3 codone 3 - C - 5 anfcodone La prima base dell anfcodone riconosce la terza base del codone Va scri/a C/C nfcodone va le/o a rovescio! Il legame tra codone e anticodone è complementare e antiparallelo. Il numero dei codoni (61) è più grande di quello degli anticodoni. 61 codoni mentre i trn sono circa in procarioti e anche 50 in Eucarioti) Questo implica che alcune molecole di trn con il loro anticodone sono capaci di accoppiarsi a più di un codone. L OSCILLZIONE DELLE BSI lcuni trn hanno una struttura tale da richiedere un appaiamento accurato nelle prime due posizioni del codone (5') e da tollerare un appaiamento scorretto (oscillante) in terza posizione. Questo appaiamento approssimativo rende possibile combinare 20 ai loro 61 codoni servendosi per esempio di solo 30/50 molecole di trn. 45

46 Il trn contiene basi modificate 46

47 spesso al 5' dell'anticodone (alla terza base del codone) esiste la base modificata inosina capace di complementarsi sia con, C,. 47

48 Cambiamen/ del codice gene/co 1. ssegnazione di un aa ad un codone di stop 2. Cambiamento codone che non specifica più per aa (NLL) Sintetasi: caricano aa su trn 3 siti: per legare una molecola di TP; per legare l sa per cui sono specifiche; per legare tutti i trn che devono essere caricati con quell aa. Ogni sintetasi riconosce un trn: Vi sono 20 amminoacil-trn sintetasi trn che rappresentano lo stesso aa trn ISOCCETTORI (o trn affini o congiunti): Riconosciuti tutti dalla stessa sintetasi 48

49 1. aa attivato dalla sintetasi: amminoacil-mp viene rilasciato un pirofosfato 1. ruppo amminoacidico trasferito a trn: amminoacil-trn Errori possono essere commessi in varie fasi della sintesi proteica 49

50 ex. Ile trn sintetasi di E Coli può caricare la ina con MP ma idrolizza il valil-adenilato una volta raggiunto il trn Ile- trn sintetasi si serve delle dimensioni per discriminare tra gli aa 2 siti attivi: 50