17. Sintesi Proteica e Codice Genetico

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

2 Perché avvenga la traduzione è necessario passare da un linguaggio fatto di NUCLEOTIDI ad un linguaggio di AMINOACIDI. Gli 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. 2

3 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: UAG; UAA; UGA (codoni di stop) = 61 triplette per 20 aa Codice è ridondante: ogni aa può essere specificato da + di 1 codone. CODICE GENETICO Regole a0raverso cui la cellula traduce una sequenza di codoni (o triple+e di basi) di RNA in una sequenza di amminoacidi durante la sintesi proteica. Tu0e le cellule procariobche e eucariobche usano lo stesso codice genebco* Usando sistemi di sintesi proteica in vitro, estrag di E.coli possono tradurre mrna di qualsiasi specie NB i diversi codoni per un aminoacido sono diversi soprattutto nella 3 base * alcune differenze nel DNA mitocondriale 3

4 Una molecola di RNA è traducibile in 3 modi diversi a seconda del MODULO di LETTURA CARATTERISTICHE DEL CODICE GENETICO - Il codice genetico è a TRIPLETTE cioè la combinazione di tre basi specifica per 1 aminoacido - Il codice genetico è RIDONDANTE cioè ogni aminoacido può essere specificato da più di un codone. - Il codice genetico NON è AMBIGUO cioè un determinato codone specifica per un solo aminoacido - Il codice genetico è UNIVERSALE cioè uguale per tutti gli esseri viventi tranne alcune eccezioni. - Il codice genetico è SENZA PUNTEGGIATURA cioè viene letto linearmente (di tre basi in tre basi di seguito) e NON è SOVRAPPONIBILE (es. la stessa base non può essere letta come l ultima di un codone e la prima del successivo). 4

5 Non vi è correlazione tra numero di codoni per aa e frequenza di u=lizzo nelle proteine 5

6 I codoni di mrna NON riconoscono direcamente gli aa cui corrispondono * L RNA transfer è l adattatore Sono necessarie molecole adacatrici che riconoscono e legano sia il codone che l aa a si= diversi 6

7 braccio acce0ore (chiamato anche braccio amminoacidico): 7 paia di basi (i nucleo=di che si appaiano sono quelli 5'- e 3'- terminali). Al 3 : OH per l'acacco dell'amminoacido. Al 5 : gruppo fosfato NB Alla terminazione 3' si trova trinucleo5de molto conservato dalla sequenza CCA (de:a anche coda CCA). importante per il riconoscimento dei trna durante la traduzione. altre cara+eris5che trna - sinte=zza= soco forma di precursori - sequenze extra eliminate da endo- / eso- nucleasi - 3 nucleo=di all estremità 3 sempre CCA - esiste almeno un trna per ogni aa Denominazione braccio D: è una regione contenente un loop che presenta spesso diidrouridina. braccio A: (o braccio dell'an5codone) 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 in apice abbreviazione a tre lecere dell aa ex. trna Ala in pedice numero se + trna per stesso aa ex. trna 1 Ala trna 2 Ala se trna porta già l aa aggiungere prefisso dell aa ex. Ala- trna 7

8 trna + aa = amminoacil- trna La ridondanza del codice genetico comporta: Più transfer per ogni amminoacido Alcuni transfer sono capaci di accoppiarsi a più di un codone ( appaiamento accurato solo delle prime due posizioni di codone tolleranza della terza posizione) (AMP+aa) Il numero dei transfer differisce da una specie all altra 8

9 Domanda: La sequenza dell anbcodone consente da sola all amminoacil- trna di riconoscere il codone corre0o? Il codice genetico viene tradotto per mezzo di due adattatori che agiscono uno dopo l altro Amminoacil-tRNA sintetasi Transfer esperimento Risposta: SI: una volta che trna è caricato, aa NON ha influenza sulla specificità data solo dall an5codone 9

10 Ribosomi costituiti da complessi di ribonucleoproteine (RNA + Proteine) e deputati alla sintesi proteica da RNA messaggero 2 tipi di ribosomi nel citosol: RIBOSOMI LEGATI ALLA MEMBRANA ESTERNA 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 10

11 Ribosomi presentano due subunità (maggiore e minore) libere nel citoplasma, si associano per operare la traduzione degli mrna 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 Golgi e verranno infine espresse sulla membrana plasmatica o secrete. 11

12 Le due subunità vengono riferite in base loro valore S (coefficiente di sedimentazione) 12

13 Coefficiente di sedimentazione s = v / ω 2 r Confronto tra Ribosomi batterici ed eucariotici 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 rrna ha s = sec è coefficiente = 5S. 13

14 La codifica dell mrna avviene sui RIBOSOMI Forma= da 4 RNA e 80 proteine diverse In vitro le 2 subunità si dissociano se < Mg 14

15 Al Microscopio elettronico i ribosomi appiano associati in catene di 5-20 elementi, denominati POLISOMI, dove avviene la traduzione degli mrna, ovvero la sintesi proteica. 15

16 Ogni ribosoma presenta - un sito di legame per l mrna - 3 si= di legame per il trna Sito A (Amminoacil- trna) Sito P (PepBdil- trna) Sito E (Exit (uscita)) La struttura secondaria a quadrifoglio di ogni trna 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 16

17 Modello a spazio pieno 17

18 18

19 I si= dei trna si estendono in entrambe le subunità INTERAZIONI trna- Ribosoma 19

20 trna e mrna si spostano attraverso il ribosoma nella stessa direzione 20

21 * Poliribosomi ( 35 aa) mrna tradotto simultaneamente da più ribosomi che si muovono in direzine 5-3 In ogni istante ribosoma accoglie 2 trna: - Con proteina nascente - Con aa da aggiungere 21

22 COMPONENTI MACROMOLECOLARI E. COLI 25 % massa batterica secca è costituito da componenti dell espressione genica 22

23 il Ciclo delle unità ribosomiali INIZIO: richiede subunità ribosomiali libere Il ribosoma deve essere portato sul messaggero Il trna carico deve essere posizionato nel sio P Il ribosoma deve essere posizionato sul sito d inizio Le subunità si riassociano e fattori d inizio vengono rilasciati 23

24 Tre Fattori dirigono l assemblaggio del Complesso Iniziatore IF- 3 controlla equilibrio subunità ribosomi IF- 3 permece al ribosoma di legare mrna IF- 2 si lega a trna iniziatore IF- 1 si lega al sito A e impedisce ingresso aminoacil- trna 24

25 Nei baceri (e negli organelli eucario=ci) il trna iniziatore è formilato La traduzione di un mrna comincia sempre con un codone AUG e richiede sempre un trna iniziatore che reca l aa METIONINA Impedisce allungamento ma permette l inizio Codoni d inizio nei baceri: AUG GUG (< efficienza) UUG ( ) 25

26 Specificità stru+urali del trna iniziatore NB non tutte le proteine presenti in natura cominciano con Met che verrà eliminata da ammino peptidasi NB è l unico trna che entra nel sito P 26

27 fa0ori accessori controllano Inizio sintesi proteica nei procariob IdenBficazione della triple0a d inizio [AUG] nei procariob complementare è guida subunità minore x legare mrna contenente sempre GGAGG a monte codone di inizio NB: mol5 RiBosomeSite (RBS): mrna procario5 sono policistronici (codificano per + pep5di) IF1 si lega al sito A impedendo il legame del transfer a questo sito IF2 si associa alla subunità inferiore, a IF1 e al transfer carico facilitandone l associazione alla subunità minore IF3 si associa al sito E impedendo l associazione delle due subunità ribosomiali 27

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