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1 TRADUZIONE

2 LA TRADUZIONE E QUEL PROCESSO ATTRAVERSO CUI SI PASSA DAL LINGUAGGIO RIBONUCLEOTIDICO DELL RNA A QUELLO AMINOACIDICO DELLE PROTEINE. IL CODICE GENETICO E L INSIEME DI CODONI (TRIPLETTE NUCLEOTIDICHE) A CUI CORRISPONDONO I VARI AMINOACIDI PIU I CODONI DI TERMINE (CODONI NON SENSO). SUE PROPRIETA FONDAMENTALI SONO: i) CONTINUITA (Eccezione di alcuni fagi es.: φx174- in cui il codice è embricato); ii) DEGENERAZIONE; iii) UNIVERSALITA (Ad eccezione di alcuni codoni mitocondriali cha hanno un significato diverso rispetto agli mrna citoplasmatici)

3 ESPERIMENTI DI NIREMBERG, LEDER E KHORANA: LA DECIFRA= ZIONE DEL CODICE

4 ESPERIMENTO DI BRENNER E CRICK: L UNITA ELEMENTARE CODIFICANTE E UNA TRIPLETTA! ABC ABC ABC ABC ABC i) 1 delezione (B della 1 tripletta) ACA BCA BCA BCA BC ii) 2 delezione (C della 2 tripletta) ACA BAB CAB CAB C iii) 3 delezione (A della 4 tripletta) ACA BAB CBC ABC DOPO LA TERZA MUTAZIONE (DELEZIONE IN QUESTO CASO) RIAPPARE LA TRIPLETTA ABC, SI RIPRISTINA LA CORRETTA CORNICE DI LETTURA

5 IL CODICE GENETICO (Khorana; Ochoa; Niremberg; Matthaei; Leder) 61 CODONI CODIFICANTI PER 20 aa. 3 SEGNALI DI STOP

6 I RIBOSOMI I Ribosomi hanno un diametro di circa nm, sono costituiti da proteine ed rrna e sia nei Procarioti che negli Eucarioti, sono costituiti da una subunità maggiore e da una subunità minore.

7 PROCARIOTI SUBUNITA MAGGIORE = 50S (rrna 23S e 5S + 34 proteine) SUBUNITA MINORE = 30S (rrna 16S + 21 proteine) EUCARIOTI SUBUNITA MAGGIORE = 60S (rrna 28S, 5.8S e 5S + 45 proteine) SUBUNITA MINORE = 40S (rrna 18S + 33 proteine) 70S 80S

8 I RIBOSOMI EUCARIOTICI POSSONO ARRIVARE AD ESSERE CENTINAIA DI MIGLIAIA IN UNA CELLULA IN ATTIVA SINTESI PROTEICA. SI POSSONO TROVARE: 1) LIBERI NEL CITOPLASMA (SINTETIZZANO PROTEINE CHE RIMARRANNO ALL INTERNO DEL CITOSOL); 2) ADERENTI ALLE MEMBRANE DEL RER (RETICOLO ENDOPLA= SMATICO RUVIDO) O DEL NUCLEO (SINTETIZZANO PROTEINE CHE VERRANNO SECRETE DALLA CELLULA O CHE RIMARRANNO RACCHIUSE IN VESCICOLE ALL INTERNO DEL CITOPLASMA CELLULARE)

9 MATURAZIONE DEGLI rrna EUCARIOTICI

10 trna Assumono una conformazione secondo il modello a trifoglio Le differenze nelle sequenze nucleotidiche determinano la capacità di legare un amminoacido specifico L ansa II contiene la sequenza di 3 nucleotidi detta ANTICODONE che si appaia, durante la traduzione al codone 17 17:1 dell mrna Questo appaiamento è fondamentale per l inserimento dell amminoacido corretto,come specificato dall m-rna, nella catena polipeptidica in crescita. G * 5 P A C C Methionine 3 OH U * 66 Py59 16Pu C A * A 9 Pu 1312 Py G T C ψ Py 22 23Pu G 25 47:16 20 A 26 47:15 20:120: : Py * 38 U Pu * 34 U 35 A 36 C Anticodon

11 STRUTTURA DELL mrna MATURO 5 Cap 7mGppp 5 untranslated region initiation AUG translated region 3 untranslated region UGA termination polyadenylation signal AAUAAA (A) ~200 poly(a) tail 3

12 NOTA: DISPOSIZIONE ANTIPARALLELA TRA CODONE DELL mrna ED ANTICODONE DEL trna

13 IMPORTANTE: Degenerazione del CODICE avviene in terza base che si appaia con la base vacillante (1 base al 5 dell anticodone) del trna!

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15 Attivazione dell aminoacido (Fase ATP-dipendente dipendente) ATP + Aminoacido = Aminoacido adenilato + 2P Aminoacido adenilato + trna = AminoaciltRNA + AMP Azione dell aminoacil- trna -sintetasi Anidride acida (legame ad alta energia acil-fosfato) Aminoacil-tRNA

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18 TRADUZIONE NEI PROCARIOTI

19 Fase GTP-dipendente Inizio Sequenza di Shine-Dalgarno (Facilita il riconoscimento dell mrna da parte della subunità minore del Ribosoma. In particolare attori importanti in questo processo sono i Fattori di Inizio (IF) della Traduzione (IF1, IF2 ed IF3) fmet: il primo aa. ad essere incorporato nella catena aa. nascente

20 Fase GTP-dipendente Inizio IF1 ED IF3 HANNO IL COMPITO DI STABILIZZARE LA SUBUNITA MINORE DEL RIBOSOMA CHE, COSì TENDERà A NON LEGARSI CON LA SUBUNITà MAGGIORE. IF2, GRAZIE ALL IDROLISI DI GTP, PORTA IL PRIMO aa. (f-met) SPECIFICATO DA AUG.

21 Fase GTP-dipendente Inizio Assemblaggio del Ribosoma

22 Fase GTP-dipendente Inizio (Assemblaggio del Ribosoma) SITO P (PEPTIDICO) = Vi si trova legato il f-met-trnatrna SITO A (AMINOACIDICO) = Accoglie l aa. Successivo che si legherà ad f-met SITO E (USCITA)

23 Fase GTP-dipendente Inizio Ricapitolando 1. Il trna iniziatore portante la formil-metioninametionina si lega alla subunità minore del ribosoma assieme a dei fattori d inizio (IF1, IF2 ed IF3). 2. Si lega l mrna mrna, la subunità minore del ribosoma scorre sull mrna fino a quando non incontra il codone d inizio AUG. 3. Si instaura il legame tra l AUG e l anticodone del trna iniziatore. 4. Si associa la subunità maggiore. 5. Il trna iniziatore occupa il sito P, al sito A è presente il secondo codone dell mrna

24 Fase GTP-dipendente Allungamento

25 Fase GTP-dipendente Allungamento Formazione del legame peptidico mediante reazione di transpeptidazione. NOTA: Il legame Si forma sfruttando l energia contenuta nel legame estere tra trna ed aa. (formatosi durante l attivazione dell aa.)!!!

26 Formazione del legame peptidico

27 Fase GTP-dipendente Allungamento Al sito A si lega il trna acilato (portante il secondo aminoacido della catena polipeptidica). Si forma il legame peptidico tra l estremità COOH terminale della Metionina e l estremità NH2 terminale del secondo aminoacido ad opera dell attività enzimatica della subunità maggiore del ribosoma. L energia necessaria è data dall attivazione aminoacidica.

28 TRASLOCAZIONE Il trna scarico che occupava il sito P occuperà il sito E il trna portante il dipeptide che occupava il sito A occuperà il sito P al sito A sarà presente il terzo codone dell mrna pronto ad ospitare un nuovo trna acilato

29 Fase GTP-dipendente Terminazione La presenza di più segnali di STOP stimola la comparsa di fattori di rilascio RF1, RF2 ed RF3. Quando al sito A sarà presente uno dei 3 segnali di arresto (UAA, UGA, UAG), si legheranno dei fattori di terminazione e la sintesi sarà bloccata

30 Il fattore RRF favorisce il disassemblaggio delle due subunità ribosomali!

31 I ribosomi scorrono numerosi l uno dietro l altro, sull mrna formando i POLISOMI, al fine di sfruttare numerose volte la stessa molecola di mrna che ha una emivita di poche ore!

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

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

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

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

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

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

38 TRADUZIONE NEGLI EUCARIOTI PRINCIPALI DIFFERENZE CON I PROCARIOTI

39 1) Fase di inizio regolata da una decina di fattori 2) Aminoacido iniziatore è la Met (e non la f-met). Esistono due Met-tRNAtRNA diversi: uno che riconosce il codone di inizio e l altro che riconosce i codoni successivi 3) Non c è una Sequenza Shine-Dalgarno Dalgarno: la subunità minore del ribosoma dopo aver riconosciuto il 5 cap, inizia uno scanning della molecola di mrna fino ad incontrare (dopo in media 100 nt. Dall inizio) l AUG 4) Mancando la sequenza Shine-Dalgarno Dalgarno, a livello degli mrna eucariotici l AUG viene individuato poiché all interno di una sequenza (GCCGCCA/G CCAUGG) G) detta di Kozak 5) Gli mrna eucariotici sono detti monocistronici 6) I Fattori di rilascio sono 3 nei Procarioti contro 1 (erf3) degli Eucarioti NOTA: La conoscenza approfondita delle differenze dei processi molecolari coinvolti nella traduzione pro- ed eucariotica ha portato alla produzione di molecole antibiotiche quanto più selettive possibile e pertanto meno tossiche per le cellule eucariotiche! (Es: Antibiotici Eritromicina e Streptomicina)

40 Il Genoma cellulare specifica inoltre: La struttura primaria delle proteine Destinazione delle proteine all interno della cellula Presenza o assenza della proteina in un determinato tipo cellulare o in un determinato momento della vita cellulare La struttura primaria di RNA non tradotti

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43 Modificazioni post-traduzionalitraduzionali Glicosilazione Acetilazione Fosforilazione