L mrna ED IL CODICE GENETICO

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Carla Nicolosi
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1 L mrna ED IL CODICE GENETICO LA SEQ. NUCLEOTIDICA DI UN GENE, PER MEZZO DELL mrna, E TRADOTTA NELLA SEQ. AMINOACIDICA DI UN PEPTIDE SEGUENDO REGOLE NOTE COME CODICE GENETICO. LA SUCCESSIONE CONSECUTIVA DI 3 rntp DELL mrna COSTITUISCE UN CODONE. CIASCUN CODONE SPECIFICA UN aa. OD UN SEGNALE DI STOP AL PROCES= SO DI TRADUZIONE. DATO CHE L RNA HA 4 TIPI DI rntp (A;G;C;U), SI POSSONO FORMARE 4*4*4=64 DIVERSI TIPI DI CODONI; CONSIDERANDO CHE TRE DI QUESTI (UAA; UAG; UGA) NON SPECIFICANO PER ALCUN aa., DATO CHE RAPPRESENTANO SEGNALI DI STOP, NE RIMANGONO 61 MA GLI aa. IN NATURA SONO SOLO 20: SI DEDUCE CHE IL CODICE E RIDONDANTE, CIOE UN aa. PUO ESSERE RICHIAMATO DA PIU DI UN CODONE! IL CODICE E QUASI UNIVERSALE. IL CODICE NON HA SEGNI DI INTERPUNZIONE, OVVERO E LETTO DI CONTINUO.

2 L mrna ED IL CODICE GENETICO (continua) OGNI SEQUENZA SI PRESTA AD ESSERE TRADOTTA IN TRE GRIGLIE DI LETTURA DIFFERENTI, A SECONDA DEL PUNTO IN CUI INIZIA IL PROCESSO DI DECODIFICAZIONE SULLA MOLECOLA. IN TUTTI I CASI SARÀ SOLTANTO UNA DELLE 3 GRIGLIE A DAR VITA AD UNA PROTEINA FUNZIONALE. I CODONI IL FRAME DI LETTURA

3 CARATTERISTICHE CHIMICO-FISICHE DEGLI aa.

4 L mrna ED IL CODICE GENETICO (continua) Neutri idrofobici Neutri e polari Basici Acidi Have amine groups *Listed as non-polar by some texts F I R S T B A S E U C A G CUU CUC CUA CUG GUU GUC GUA GUG U UUU Phe UUC UUA Leu UUG AUU AUC AUA AUGMet/ S E C O N D B A S E Leu Ile Val start C UCU UCC UCA UCG CCU CCC CCA CCG ACU ACC ACA ACG GCU GCC GCA GCG Ser Pro Thr Ala UAU UAC UAA UAG CAU CAC CAA CAG AAU AAC AAA AAG GAU GAC GAA GAG A Tyr Stop His Gln Asn Lys Asp Glu CGU CGC CGA CGG G UGU UGC UGA UGG AGU Ser AGC AGA Arg AGG GGU GGC GGA GGG Cys Stop Trp Arg Gly* U C A G U C A G U C A G U C A G T H I R D B A S E

5 DEGENERAZIONE DEL CODICE VACILLAMENTO (wobble) DELLA TERZA BASE: I CODONI CHE RAPPRESENTANO LO STESSO A.A., O A.A. CORRELATI, HANNO SEQUENZE SIMILI. SPESSO LA BASE CHE OCCUPA LA TERZA POSIZIONE DEL CODONE NON E SIGNIFICATIVA, COME DIMOSTRA IL FATTO CHE NEI GRUPPI DI 4 CODONI CHE RAPPRESENTANO LO STESSO A.A., SOLO LA TERZA BASE E DIFFERENTE. Il codice genetico si definisce degenerato in quanto più codoni possono codificare per uno stesso aminoacido. Le triplette che codificano lo stesso aminoacido presentano solitamente le prime due posizioni conservate, mentre la terza varia.

6 Sono solo due gli amminoacidi codificati da un unico codone. Sono la metionina, codificata da AUG che è anche il codone di avvio, ed il triptofano, codificato da UGG. variazioni al codice genetico standard: Mitocondri Protozoi ciliati (UAG e, spesso, UAA codificano la glutammina e UGA codifica la cisteina). Batteri ed Archeobatteri (i segnali di arresto codificano invece amminoacidi non comuni: UGA codifica la selenocisteina e UAG la pirrolisina)

16 LE PORZIONI PIU IMPORTANTI DELLA MOLECOLA DI trna SONO: ANTICODONE : SEQUENZA DI TRE NUCLEOTIDI COMPLEMENTARI AL CODONE E CHE SPECIFICANO L aa. CHE DEVE ESSERE TRASPORTATO; SITO DI ATTACCO DELL aa. SPECIFICATO : SEQUENZA 5 -CCA-3, UGUALE IN TUTTI I trna. Ansa TψC: interagisce con l rrna 5S per ancorare il trna alla subunità maggiore del ribosoma. Braccio variabile: mantiene i trna di uguale lunghezza Ansa D: contiene diidrouridina

17 La terza base dell anticodone è definita vacillante (wobble). Essendo posizionata su un ansa si appaia in maniera non corretta con la terza base del codone. La terza base del codone non diventa discriminante se le prime 2 sono C o G (3 legami ad idrogeno stabilizzano con forza il legame codone anticodone)

18 Una trna sintetasi per ogni aminoacido

19 31 molecole di trna nei procarioti 48 molecole di trna negli eucarioti

30 Procarioti: 20 aa al secondo Eucarioti: 2 aa al secondo

33 L attività catalitica peptidiltransferasica è contenuta nella subunità maggiore del ribosoma (rrna 23S)

36 I fattori di rilascio si legano a qualunque ribosoma col segnale di stop nel sito A, forzando la peptidil transferasi a ad aggiungere una molecola di acqua invece di un aminoacido al peptidil trna. Questo libera l estremità carbossilica della catena polipepptidica. Vi sono due classi di fattori di rilascio. I fattori di classe I riconoscono i segnali di stop e innescano l idrolisi della catena polipeptidica. I fattori di classe II (regolati da GTP) stimolano la dissociazione dei fattori di classe I dal ribosoma. I fattori di rilascio di classe I simulano un trna dal punto di vista strutturale possedendo un peptide anticodone (SPF) che riconosce il segnale di stop ed un motivo GGQ, vicino al sito peptidiltransferasico che stimola l idrolisi del peptide.

38 TRADUZIONE - INIZIO fmet Large subunit E P A 5 UAC GAG...CU-AUG--UUC--CUU--AGU--GGU--AGA--GCU--GUA--UGA-AT GCA...TAAAAAA Small mrna subunit 3

39 TRADUZIONE - ALLUNGAMENTO Met Polypeptide Phe Leu Ser Gly Arg Aminoacyl trna Ribosome E P A UCU 5 CCA GAG...CU-AUG--UUC--CUU--AGU--GGU--AGA--GCU--GUA--UGA-AT GCA...TAAAAAA mrna 3

40 TRADUZIONE - ALLUNGAMENTO Met Polypeptide Phe Leu Ser Gly Arg Aminoacyl trna Ribosome E P A 5 CCA UCU GAG...CU-AUG--UUC--CUU--AGU--GGU--AGA--GCU--GUA--UGA-AT GCA...TAAAAAA mrna 3

41 TRADUZIONE - ALLUNGAMENTO Met Polypeptide Phe Leu Ser Gly Arg Ribosome E P A 5 CCA UCU GAG...CU-AUG--UUC--CUU--AGU--GGU--AGA--GCU--GUA--UGA-AT GCA...TAAAAAA mrna 3

42 TRADUZIONE - ALLUNGAMENTO Met Polypeptide Phe Leu Ser Gly Arg Ala Aminoacyl trna 5 Ribosome P A E CGA CCA UCU GAG...CU-AUG--UUC--CUU--AGU--GGU--AGA--GCU--GUA--UGA-AT GCA...TAAAAAA mrna 3

43 TRADUZIONE - ALLUNGAMENTO Met Polypeptide Phe Leu Ser Gly Arg Ala Ribosome CCA E P A 5 UCU CGA GAG...CU-AUG--UUC--CUU--AGU--GGU--AGA--GCU--GUA--UGA-AT GCA...TAAAAAA mrna 3

44 Inhibitor Chloramphenicol Streptomycin (Neomycin) Tetracycline Erythromycin Fusidic acid Puromycin Diptheria toxin Ricin Cycloheximide Effect inhibits prokaryotic peptidyl transferase inhibits prokaryotic initiation, also induces mrna misreading inhibits prok. aminoacyl-trna binding to the ribosome small subunit inhibits prokaryotic translocation through the ribosome large subunit similar to erythromycin only by preventing EF-G from dissociating from the large subunit resembles aa-trna, interferes with peptide transfer resulting in premature termination in prok and euk catalyzes ADP-ribosylation of and inactivation of eef-2 found in castor beans, catalyzes cleavage of the euk. 28S rrna inhibits eukaryotic peptidyltransferase

45 prokaryotes Initiation Factors eukaryotes Activity IF3 eif-1 Fidelity of AUG codon recognition IF1 eif-1a eif-2 eif-2b (GEF) Facilitate Met-tRNAiMet binding to small subunit Ternary complex formation GTP/GDP exchange during eif-2 recycling eif-3 (12 subunits) Ribosome antiassociation, binding to 40S eif-4f (4E, 4A, 4G) mrna binding to 40S, RNA helicase activity eif-4b eif-4h eif-5 eif-4a eif-4e ATPase-dependent RNA helicase 5' cap recognition eif-4g Scaffold for of eif-4e and -4A Stimulates helicase, binds with eif-4f Similar to eif4b IF2 eif5b Subunit joining eif-6 Release of eif-2 and eif-3, GTPase Ribosome subunit antiassociation

46 L interazione tra la polya-binding protein e i fattori di inizio mantiene l mrna in una conformazione circolare che aumenta l efficienza della traduzione.

47 Il cap viene riconosciuto dalla sub minore e viene legato eif4e e eif4g (che lega anche la coda di polya). La sub minore si muove in direzione 5-3 cercando il primo AUG. Questo movimento è favorito da altri fattori di inizio con attività elicasica (eif4f). Identificazione della sequenza di Kozak.

50 Salto del primo AUG: leaky scaning

52 Negli Eucarioti eif-2 forma un complesso ternario con MettRNA f Il complesso ternario lega la subunità 40S libera che si lega all estremità 5 dell mrna GTP viene idrolizzato quando eif2 viene rilasciato come eif2-gdp eif-2b rigenera la forma attiva. Lewin, IL GENE VIII, Zanichelli editore S.p.A. Copyright 2006

61 E1 (enzima di attivazione dell ubiquitina): utilizza l energia di un ATP per legarsi all ubiquitina con un legame tioestere. E2 (enzima di coniugazione dell ubiquitina): è indispensabile per il riconoscimento della proteina da degradare. E3 (ubiquitina-proteina ligasi): trasferisce l ubiquitina da E2 alla proteina da degradare. Si forma così un legame ammidico tra l ubiquitina e una lisina della proteina da degradare. Il processo di ubiquitinazione deve compiersi più volte prima che la proteina venga eliminata dal proteasoma (catena dipoliubiquitina). La proteina viene degradata con consumo energetico, in pezzi lunghi da 3 a 23 amminoacidi, nella parte centrale (20 S) del proteasomae le molecole di ubiquitina riciclate.

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