C1. Il codone di inizio parte dal quinto nucleotide. La sequenza aminoacidica sarà Met Gly Asn Lys Pro Gly Gln STOP.

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1 Soluzioni ai problemi del Capitolo 13 Domande concettuali C1. Il codone di inizio parte dal quinto nucleotide. La sequenza aminoacidica sarà Met Gly Asn Lys Pro Gly Gln STOP. C2. Quando si dice che il codice genetico è degenerato, si intende che più codoni possono specificare uno stesso aminoacido. Per esempio, GGG, GGC, GGA e GGU specificano tutti glicina. In generale il codice genetico è quasi universale, perché viene usato nello stesso modo da virus, procarioti, funghi, piante e animali. Come viene discusso nella Tabella 13.3, le eccezioni sono poche e riguardano soprattutto i protisti e i mitocondri di lievito e di mammifero. C3. A. Vero B. Falso C. Falso C4. A. Questo trna mutante dovrebbe riconoscere i codoni della glicina nell mrna, ma inserirebbe triptofano nelle posizioni del polipeptide dove ci si attende la glicina. B. Questa mutazione ci dice che l aminoacil-trna sintetasi riconosce principalmente regioni del trna diverse da quelle dove risiede l anticodone. Se così non fosse, ti potresti aspettare che la glicil-trna sintetasi riconosca questo trna mutante e aggiunga glicina, cosa che non succede. C5. Come si vede nella Figura 13.7, l energia deriva dall ATP. Questo passaggio spiega la definizione di trna carico. C6. A. La risposta è tre. Ci sono 6 codoni della leucina: UUA, UUG, CUU, CUC, CUA, e CUG. L anticodone AAU potrebbe riconoscere UUA e UUG. Avresti bisogno di due altri trna per riconoscere efficientemente gli altri quattro codoni. Questi potrebbero portare gli anticodoni GAG e GAU oppure GAA e GAU.

2 B. La risposta è uno. C è solo un codone, AUG, per cui hai bisogno di un solo trna con anticodone UAC. C. La risposta è tre. Ci sono sei codoni della serina: AGU, AGC,UCU, UCC, UCA, e UCG. Ci sarebbe bisogno di un solo trna per riconoscere AGU e AGC. Questo trna potrebbe avere anticodone UCG o UCA. Avresti poi bisogno di altri due trna per riconoscere con efficienza gli altri quattro codoni, e questi potrebbero avere gli anticodoni AGG e AGU oppure AGA e AGU. C7. Ci sono quattro codoni della prolina, quattro della glicina, uno della metionina e sei della serina. Applicando la regole del prodotto si risolve il problema: = 96 C8. 3' CUU 5' or 3' CUC 5' C9. Il codone è 5 -CCA-3, che specifica per prolina. C10. Può riconoscere 5' GGU 3', 5' GGC 3', e 5' GGA 3'. Tutti specificano glicina. C11. Un anticodone 3 -UUG-5 riconoscerebbe due codoni. Per riconoscere 5 -AAA-3 esso dovrebbe essere modificato in 3 -UUI-5. C12. Tutte le molecole di trna hanno delle caratteristiche in comune. Essi hanno tutti una struttura a trifoglio con tre anse. La seconda ansa contiene la sequenza dell anticodone, che riconosce il codone nell mrna. All estremità 3 c è il braccio accettore, con sequenza CCA, che funge da sito di aggiunta dell aminoacido. La maggior parte dei trna contengono anche delle basi modificate nelle loro sequenze nucleotidiche. C13. Si trovano molto distanti, alle estremità opposte della molecola. C14. Il ruolo dell aminoacil-trna sintetasi è quello di riconoscere specificamente le molecole di trna e aggiungervi il corretto aminoacido. Questa capacità viene definita talvolta secondo codice genetico perché la specificità dell aggiunta è un passo cruciale nella lettura del codice genetico. Per esempio, se il trna ha un anticodone 3' GGG 5', esso riconosce il codone 5' CCC 3' che specifica prolina. E essenziale che la prolil-trna sintetasi riconosca questo trna e aggiunga la

3 prolina alla sua estremità 3. Le altre aminoacil-trna sintetasi non dovrebbero riconoscere questo trna. C15. Nel contesto della traduzione, un aminoacido attivato ha avuto un AMP legato ad esso. Questo ha fornito l energia necessaria per l aggiunta dell aminoacido al corretto trna. C16. Le basi che sono state modificate chimicamente possono trovarsi in varie posizioni della molecola di trna. Il significato di queste modificazioni non è del tutto noto. Tuttavia all interno dell anticodone la modificazione delle basi altera l appaiamento, e consente a uno stesso anticodone di riconoscere due o più codoni diversi. C17. Un gruppo formile viene legato covalentemente alla metionina dopo che la metionina è stata a sua volta aggiunta al trna che contiene l anticodone UAC. C18. Non lo è. A causa delle regole del vacillamento, in un trna la base al 5 dell anticodone può riconoscere due o più basi nella terza posizione (3 ) dell mrna. Perciò, ogni tipo cellulare sintetizza molto meno di 61 tipi di trna. C19. La traduzione ha bisogno di mrna, trna, ribosomi, proteine quali fattori di inizio, e molte piccole molecole. ATP e GTP sono piccole molecole contenenti legami ad alta energia. Gli mrna, trna e le proteine sono macromolecole. I ribosomi sono grandi complessi di macromolecole. C20. Il processo di assemblaggio è molto complesso a livello molecolare. Negli eucarioti, per formare la subunità 40S servono 33 proteine e un rrna. Per formare la subunità 60S servono 49 proteine e tre rrna. L assemblaggio avviene nel nucleolo. C21. La subunità di una proteina è un polipeptide Una subunità ribosomale è un complesso molto più grande che è composto di RNA e molte proteine. Una subunità ribosomale è una struttura molto più grande in confronto alla subunità proteica. C22. A. Sulla superficie della subunità 30S e all interfaccia tra le due subunità. B. Dentro la subunità 50S. C. Dalla subunità 50S.

4 D. Con la subunità 30S. C23. Inizio: L mrna, il trna iniziatore e i fattori di inizio si associano con la subunità ribosomale minore. Poi si associa la subunità maggiore. Allungamento: Il ribosoma si sposta di un codone alla volta lungo l mrna; aggiungendo aminoacidi alla catena polipeptidica. Terminazione: Viene raggiunto un codone di stop e un fattore di terminazione si lega al sito A. L idrolisi del GTP avvia una serie di eventi che conducono al disassemblaggio del ribosoma e al rilascio della catena polipeptidica. C24. Molti mrna batterici contengono una sequenza di Shine-Dalgarno, necessaria per il legame dell mrna alla subunità minore del ribosoma. Questa sequenza, UUAGGAGGU, è complementare a quella dell rrna 16S. A causa della complementarietà queste sequenze formeranno legami idrogeno tra di loro durante la fase di inizio della traduzione C25. A. Il trna iniziatore non si legherebbe alla subunità ribosomale 40S. B. L mrna non si legherebbe alla subunità ribosomale 40S, e/o il codone di inizio non sarebbe riconosciuto perché la struttura secondaria dell mrna non sarebbe stata aperta. C. La subunità 60S non si assemblerebbe dopo l identificazione del codone di inizio. C26. Il ribosoma si lega all estremità 5 dell mrna e poi inizia la scansione in direzione 3 in cerca del codone di inizio AUG. Se ne trova uno che ragionevolmente ubbidisce alle regole di Kozak, la traduzione avrà inizio da quel sito. A parte il codone di inizio AUG, altre due caratteristiche importanti sono la guanosina in posizione +4 e una purina in posizione 3. C GCCACCAUGG 2. GACGCCAUGG 3. GCCUCCAUGC 4. GCCAUCAAGG L ultima sequenza non ha un codone di inizio, per cui non potrebbe funzionare. La terza verrebbe tradotta, ma debolmente.

5 C28. Il sito A (aminoacilico) è la posizione in cui si lega un trna che porta un aminoacido. La sola eccezione è il trna iniziatore, che si lega al sito P (peptidilico). La catena polipeptidica nascente viene rimossa dal trna nel sito P, e trasferita all aminoacido attaccato al trna nel sito A. Il ribosoma trasloca nella direzione 3, con il risultato che i due trna nei siti P e A si spostano rispettivamente nei siti E (exit) e P, e il trna privo di aminoacido nel sito E viene rilasciato. C29. La sequenza aminoacidica è: metionina-tirosina-glicina-alanina. La metionina è alla estremità N-terninale, l alanina a quella C-terminale. I legami peptidici sono come in Figura 13.3b. C30. La fase di inizio implica il legame della sequenza di Shine-Dalgarno all rrna nella subunità 30S. La fase di allungamento implica il legame degli anticodoni del trna ai codoni dell mrna. C31. Il nucleolo è la regione del nucleo eucariotico dove avviene l assemblaggio delle subunità ribosomali. C32. A. Il sito E e il sito P. Nota che un trna privo di aminoacido si trova solo brevemente nel sito P, subito prima che avvenga la traslocazione. B. Il sito P e il sito A. Nota che un trna con una catena polipeptidica attaccata si trova solo brevemente nel sito A, subito prima che avvenga la traslocazione. C. Di solito il sito A, a parte il trna iniziatore che si trova nel sito P. C33. Un polisoma è una molecola di mrna batterico con molti ribosomi legati ad esso. C34. I trna si legano all mrna perché i loro anticodoni sono complementari ai codoni. Quando il ribosoma trasloca in direzione 5 3, i trna restano legati ai loro codoni complementari, e i due trna si spostano dal sito A al sito P e dal sito P al sito E. Se il ribosoma si muovesse nella direzione opposta, il trna perderebbe la propria posizione e andrebbe a trovarsi in una nuova posizione non necessariamente complementare all mrna. C35. A. Falso B. Vero

6 C C37. Significa che la traduzione può iniziare prima che la sintesi dell mrna sia stata completata. Questo non avviene nelle cellule eucariotiche perché la trascrizione e la traduzione avvengono in compartimenti distinti. Nelle cellule eucariotiche la trascrizione avviene nel nucleo, la traduzione nel citoplasma. Domande sperimentali S1. Un codone contiene tre nucleotidi. Siccome G e C sono presenti al 50% ciascuno, se moltiplichiamo 0,5 x 0,5 x 0,5 otteniamo un valore di 0,125 ossia 12,5% per ciascuno dei possibili otto codoni. Se consultiamo la Tabella 13.2 ci attendiamo il 25% di glicina (GGG e GGC), il 25% di alanina (GCC e GCG), il 25% di prolina (CCC e CCG), e il 25% di arginina (CGG e CGC). S2. A. Ci potrebbero essere state altre scelte, ma questo stampo avrebbe dovuto contenere un codone della cisteina, UGU, e nessuno dell alanina. B. Non potresti usare 35 S perché la marcatura sarebbe rimossa durante i trattamenti con il nickel Raney. C. Non ci sarebbe una quantità significativa di radioattività incorporata nel polipeptide di nuova sintesi, con o senza trattamento con nickel Raney. Il solo aminoacido marcato nell esperimento era la cisteina, che viene aggiunta al trna cys. Quando vengono esposte al nickel Raney, queste cisteine sono convertite in alanina ma solo dopo essere state aggiunte al trna cys. Se non ci fossero codoni della cisteina nello stampo di mrna, il trna cys non lo riconoscerebbe. Perciò non ci aspettiamo di trovare molta radioattività nei polipeptidi neosintetizzati. S3. La treonina è stata sostituita da serina. Sulla base delle loro strutture, deve essere avvenuta la demetilazione della treonina. In altre parole il gruppo metilico è stato sostituito da un idogeno. S4. La fase di inizio della traduzione è molto diversa nei batteri e negli eucarioti. Un mrna batterico non sarebbe tradotto molto efficientemente in un sistema eucariotico, perché non possiede il cappuccio al 5. Un mrna eucariotico non avrebbe la sequenza di Shine-Dalgarno alla sua estremità 5, per cui non sarebbe tradotto molto efficientemente in un sistema procariotico.

7 S5. Capire la struttura del ribosoma può essere di grande aiuto per comprendere il processo della traduzione. Per esempio il sequenziamento dell rrna 16S batterico ha dimostrato l esistenza della sequenza complementare a quella di Shine-Dalgarno. Ciò ha aiutato i biologi molecolari a capire che l mrna si lega inizialmente alla subunità minore del ribosoma. S6. Guardando alla figura, l estremità 5 dello stampo di DNA è verso la destra. L estremità 5 dell mrna è la più lontana dal DNA; e la 3 la più vicina. I codoni di inizio sono a valle dell estremità 5 dell RNA. S7. S8. S9. Il campione della corsia 2 deriva da un soggetto omozigote per una mutazione che ha introdotto un codone di stop nella sequenza codificante. Come si vede nella corsia 2, la proteina è più corta di quella normale. Il campione nella corsia 3 deriva da un soggetto omozigote per una mutazione che impedisce l espressione del polipeptide. Potrebbe essere una mutazione nel promotore che riduce l efficienza della trascrizione, oppure una mutazione nella sequenza codificante che provoca la rapida degradazione della proteina. Il campione nella corsia 4 deriva da un individuo omozigote per una mutazione che ha prodotto una sostituzione aminoacidica, ossia una mutazione di senso. Tali

8 mutazioni non sono sempre rilevate su gel, ma alterano la funzione della proteina, cosa che potrebbe spiegare il fenotipo albino. S10. A. Se l utilizzo dei codoni fosse significativamente diverso tra cellule di canguro e di lievito, questo inibirebbe il processo di traduzione. Per esempio, se nel canguro il codone preferito fosse CUU, la traduzione probabilmente non procederebbe nel sistema di lievito. Ci aspettiamo che il sistema in vitro di lievito contenga soprattutto trna della leucina con anticodone AAC, perché questo trna riconosce il codone preferito per la leucina nel lievito, che è UUG. Nel sistema di traduzione di lievito non ci sarebbe probabilmente una grande quantità di trna con l anticodone GAA, che riconoscerebbe il codone preferito dei canguri, CUU. Per questo motivo l mrna di canguro non sarebbe tradotto appropriatamente nel sistema in vitro anche se in qualche misura sarebbe comunque tradotto. B. Il vantaggio dell uso preferenziale dei codoni è che una cellula può contare su una popolazione più piccola di trna per tradurre con efficienza le proteine. Uno svantaggio è che le mutazioni, che non cambiano la sequenza di aminoacidi ma cambiano un codone (per esempio UUG in UUA), può inibire la produzione di un polipeptide se il codone preferenziale viene cambiato in un codone non preferenziale.