AUG CODON DI INIZIO LA TRIPLETTA AUG CODIFICA PER L AMINOACIDO METIONINA, MA RAPPRESENTA ANCHE IL CODON DI INIZIO

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1 AUG CODON DI INIZIO LA TRIPLETTA AUG CODIFICA PER L AMINOACIDO METIONINA, MA RAPPRESENTA ANCHE IL CODON DI INIZIO IL SUO RUOLO E ESSENZIALE, DAL MOMENTO CHE DETERMINA LA DEFINIZIONE DELLA CORNICE DI LETTURA DELLE TRIPLETTE CODON DI INIZIO- QUI INIZIA LA TRADUZIONE DA QUESTO PUNTO IN POI LA CORNICE DI LETTURA E QUELLA INDICATA DALLE GRAFFE 5 AUGUUUAAAATGGTUCTGUUU UAA 3 mrna SEQUENZA NON CODIFICANTE E NON TRADOTTA, NECESSARIA PER IL LEGAME CON IL RIBOSOMA CODON DI STOP. QUI TERMINA LA TRADUZIONE

2 Il primo trna, che ha legato la Metionina, si lega al mrna riconoscendo il codon AUG con il proprio anticodone Met Il secondo trna, con il suo specifico aminoacido, lega il secondo codone con il proprio anticodone Met Phe UAC AUG UUU AAA mrna UAC AAA AUG UUU AAA mrna Si formerà un legame peptidico tra i primi due aminoacidi, quindi si legherà il terzo trna con il terzo aminoacido etc.. TUTTE LE PROTEINE INIZIANO CON UNA METIONINA? NO. NELLA MAGGIOR PARTE DEI CASI LA METIONINA INIZIALE VIENE RIMOSSA DOPO LA SINTESI I RIBOSOMI: LE MACCHINE DELLA SINTESI PROTEICA NELLA CELLULA EUCARIOTE I RIBOSOMI POSSONO TROVARSI LIBERI NEL CITOPLASMA O ASSOCIATI ALLE MEMBRANE DEL RETICOLO ENDOPLASMATICO RUVIDO RIBOSOMI ASSOCIATI AL RETICOLO IN SEZIONE TRASVERSALE (SOTTO) E TANGENTE (DESTRA) ALLE MEMBRANE

3 I RIBOSOMI, ORGANULI DEPUTATI ALLA SINTESI DELLE PROTEINE, SONO COSTITUITI DI DUE SUB- UNITA (MAGGIORE E MINORE), CHE SI UNISCONO SOLTANTO QUANDO IL RIBOSOMA E ATTIVO NEL CITOPLASMA SONO PRESENTI SUBUNITA SEPARATE CHE SI UNISCONO IN SEGUITO ALLA INTERAZIONE CON IL mrna E CON I trna. I COMPLESSI RIBOSOMI-mRNA-tRNA-PROTEINA NASCENTE POTRANNO ORA RIMANERE LIBERI NEL CITOPLASMA O LEGARSI AL RETICOLO ENDOPLASMATICO AL TERMINE DELLA SINTESI DELLA PROTEINA LE DUE SUBUNITA SI SEPARANO E SI STACCANO DAL mrna NELLA SINTESI PROTEICA QUESTO LEGAME SI STACCA DAL trna E LEGA L AMINOACIDO AL GRUPPO AMINICO DELL AMINOACIDO VICINO

4 AUG SINTESI PROTEICA: I PRIMI DUE AMINOACIDI IL COOH DI MET SI DISTACCA DAL trna E FORMA IL LEGAME PEPTIDICO CON IL SECONDO AMINOACIDO PRONTO PER RILASCIARE IL PRIMO trna ORMAI PRIVO DI AMINOACIDO ELIMINAZIONE DEL trna ORMAI SCARICO E SPOSTAMENTO DEL RIBOSOMA: IL SITO A SI PORTA SUL NUOVO CODONE ENTRA IL NUOVO trna CON I TERZO AMINOACIDO AA3 IL CICLO SI RIPETERA PER TUTTI I CODONI SUCCESSIVI FINO ALLO STOP

5 1 IL trna INIZIATORE SI UNISCE ALLA SUBUNITA MINORE DEL RIBOSOMA 2 SI LEGA IL MESSAGGERO, GRAZIE A SPECIFICHE SEQUENZE ALL ESTREMITÀ 5 Ikq9AcBcohA 3 IL COMPLESSO SCORRE FINO AD INCONTRARE AUG 4 SI UNISCE LA SUBUNITA MAGGIORE

6 5 SI UNISCE IL SECONDO trna. 6 SI FORMA IL PRIMO LEGAME PEPTIDICO RIBOSOMA EUCARIOTE: 80 S (SUBUNITA MAGGIORE 60 S, SUBUNITA MINORE 40 S RIBOSOMA PROCARIOTE: 70 S COMPOSIZIONE: NUMEROSE PROTEINE E DIVERSI RNA RIBOSOMALI (SUBUNITA MAGGIORE 50 S, SUBUNITA MINORE 30 S S = COSTANTE DI SEDIMENTAZIONE DI SVEDBERG

7 NUMEROSI RIBOSOMI SI LEGANO IN SEQUENZA DA UNA MOLECOLA DI mrna E TRADUCONO NUMEROSE COPIE DELLA PROTEINA CODIFICATA UN POLIRIBOSOMA IN UNA CELLULA EUCARIOTE SINTESI PROTEICA E ANTIBIOTICI Molti antibiotici sono inibitori della sintesi proteica Tetraciclina: inibisce il legame del trna al sito A Cloramfenicolo: inibisce la peptidil-transferasi Eritromicina: blocca la reazione di traslocazione del ribosoma

8 LA TRASCRIZIONE: SULLO STAMPO DI SEQUENZE DEL DNA VENGONO PRODOTTI GLI RNA Per sintetizzare le proteine sono indispensabili mrna, trna e rrna. Queste molecole vengono prodotte per TRASCRIZIONE di specifiche sequenze del DNA. La trascrizione è catalizzata da enzimi: le RNApolimerasi Mentre trna e rrna non sono specifici, mrna è specifico per ogni proteina. La trascrizione del mrna è quindi il passaggio chiave per la produzione di una specifica proteina e il suo controllo permette di decidere quali proteine sintetizzare in ogni singolo momento In ogni organismo alcune proteine vengono sempre prodotte da tutte le cellule, altre verranno prodotte soltanto da alcune cellule o in momenti precisi, in base alle necessità La instabilità del messaggero rende possibile la tempestiva e corretta regolazione della sintesi proteica

9 DOGMA CENTRALE DELLA BIOLOGIA MOLECOLARE SIA LA TRASCRIZIONE CHE LA TRADUZIONE POSSONO VERIFICARSI CON EFFICIENZA DIVERSA, QUINDI LA QUANTITA DI PROTEINA PRODOTTA DA OGNI GENE POTRA ESSERE MOLTO DIVERSA DA CASO A CASO

10 UN GENE PUO ANCHE NON ESSERE MAI TRASCRITTO IN ALCUNE CELLULE, OPPURE ESSERE TRASCRITTO SOLTANTO IN ALCUNE OCCASIONI QUESTO È IL MOTIVO PER CUI LE CELLULE DI UN ORGANISMO, PUR POSSEDENDO LO STESSO DNA, POSSONO ESSERE DIVERSE L UNA DALL ALTRA. LA TRASCRIZIONE IL DNA E FORMATO DA DUE FILAMENTI: QUALE DEI DUE VIENE TRASCRITTO? OPPORTUNI SEGNALI, I PROMOTORI, INDICANO I TRATTI DA TRASCRIVERE E IL PUNTO DI INIZIO

11 ELEMENTI DI CONTROLLO INIZIO TRADUZIONE 3 PROMOTORE DNA GLI ENZIMI CHE CATALIZZANO LA TRASCRIZIONE (RNA POLIMERASI) RICONOSCONO I PROMOTORI 5 INIZIO TRASCRIZIONE AUG RNA ELEMENTI DI CONTROLLO INIZIO TRADUZIONE PROMOTORE DNA IL LEGAME DELLA RNA POLIMERASI AL PROMOTORE, E QUINDI LA TRASCRIZIONE, RICHIEDE L INTERVENTO DI ALTRE PROTEINE CHE LEGANO IL PROMOTORE O ALTRE SEQUENZE NUCLEOTIDICHE (ELEMENTI DI CONTROLLO) L INTERVENTO DI QUESTE PROTEINE E ALLA BASE DEI MECCANISMI DI ATTIVAZIONE O REPRESSIONE DELLA ESPRESSIONE DI OGNI GENE

12 RNA POLIMERASI una proteina REPRESSORE, capace di legarsi al promotore e di inibire quindi il legame della Polimerasi REPRESSORE Promotore Gene da trascrivere In queste condizioni il gene è silente: la rimozione del repressore può attivare la trascrizione REPRESSORE RNA POLIMERASI Promotore Gene da trascrivere Eliminazione del repressore: Gene Attivo

13 RNA polimerasi Gene regolatore Promotore Gene da trascrivere Trascrizione no proteina attivatrice RNA polimerasi Gene regolatore Promotore Gene da trascrivere Trascrizione si RNA POLIMERASI ATTIVAZIONE DNA NEGLI EUCARIOTI PER LA TRASCRIZIONE È NECESSARIO IL LEGAME AGLI ELEMENTI DI CONTROLLO DI DIVERSE PROTEINE ATTIVATRICI: LA RNA POLIMERASI PUO COSÌ LEGARSI E LA TRASCRIZIONE DEL GENE SI AVVIA

14 RNA POLIMERASI REPRESSIONE DNA SE NON TUTTE LE PROTEINE ATTIVATRICI SI LEGANO AGLI ELEMENTI DI CONTROLLO O SI LEGANO PROTEINE INIBITRICI: LA RNA POLIMERASI NON PUO LEGARSI E LA TRASCRIZIONE DEL GENE E INIBITA QUALI SONO LE CONDIZIONI CHE DETERMINANO LA SCELTA TRA ATTIVAZIONE O REPRESSIONE DI UN GENE? LE PROTEINE REGOLATRICI, IN RISPOSTA A SEGNALI DIVERSI, POSSONO ASSUMERE CONFORMAZIONI TALI DA DETERMINARE LA ATTIVAZIONE O LA REPRESSIONE DEL GENE SEGNALI DIVERSI, COME ORMONI, CONTATTO CON ALTRE CELLULE, PRODOTTI DELLA ATTIVAZIONE DI ALTRI GENI, CONDIZIONI AMBIENTALI ETC, POSSONO CONTROLLARE LA ESPRESSIONE DEI GENI

15 GENI E CROMOSOMI In una cellula umana esistono oltre geni, Ogni gene è presente in due copie, localizzate in posizioni corrispondenti di una coppia di cromosomi omologhi Ogni gene può presentare più varianti (alleli), derivanti da mutazioni che hanno modificato la sequenza nucleotidica di quel gene Le due copie di ogni gene potranno quindi essere identiche o appartenere a due delle possibili varianti GENI E CROMOSOMI Ogni cromosoma contiene una molecola a doppia elica di DNA Un nucleo umano contiene 46 cromosomi, o meglio 23 coppie di cromosomi. I cromosomi di ogni coppia sono detti omologhi in quanto ciascuno contiene la stessa serie di geni.

16 GENI E CROMOSOMI Ogni cromosoma, in media, porta circa 1000 geni Le copie presenti nei due cromosomi omologhi di una coppia possono essere identiche (individuo omozigote) o non identiche (individuo eterozigote) I diversi alleli di un gene si sono originati per mutazioni comparse durante la storia della specie M M M M N N N N O O O O P P P P Hb Hb Hb HbS Q Q Q Q R R R R S S Due copie cromosoma 16 omozigote per Hb S S Due copie cromosoma 16 eterozigote Hb /HbS

17 M M M M N N N N O O O O P P P P HbS HbS HbC Hb Q Q Q Q R R R R S S Due copie cromosoma 16 omozigote per HbS S S Due copie cromosoma 16 eterozigote HbC /HbS Geni e alleli Per alcuni geni conosciamo una sola forma, per altri geni conosciamo due o più varianti. Esempio di più varianti: i gruppi sanguigni del sistema ABO Tre alleli principali: A, B, 0. Ogni individuo possiede due copie: AA, A0, BB, B0, AB, 00

18 Alleli dominanti e alleli recessivi Alcuni alleli, detti recessivi, si manifestano esteriormente soltanto se sono presenti in duplice copia, cioè omozigoti. Altri si manifestano anche se sono presenti in singola copia (eterozigoti) e sono detti dominanti, in altri casi non esiste dominanza. Esempio. AA e A0 producono il gruppo A: A è dominante su 0 BB e B0 producono il gruppo B: B è dominante su 0 AB produce il gruppo AB: non esiste dominanza tra A e B 00 produce il gruppo 0: 0 è recessivo Alleli dominanti e alleli recessivi Perché un allele può essere dominante su un altro? Perché in molti casi non esiste dominanza o esiste soltanto dominanza parziale? Esempio: Hb (emoglobina normale) è parzialmente dominante su HbS (anemia falciforme). Infatti: Hb /Hb = normale HbS / HBS = anemia falciforme HB / Hb S = quasi normale, produzione di globuli rossi deformati soltanto in alcune condizioni

19 quali saranno le caratteristiche di un individuo omozigote di un omozigote SS o di un eterozigote S? I globuli rossi di un omozigote hanno soltanto emoglobina normale; in un omozigote SS manca Hb normale e esiste soltanto emoglobina S, che è poco solubile e precipita formando delle strutture fibrose che deformano i globuli rossi e provocano emolisi. La grave anemia che ne deriva può essere letale. I globuli rossi di un eterozigote conterranno sia emoglobina che emoglobina S. La concentrazione di S è troppo bassa per determinare una precipitazione, che compare soltanto in pochi globuli rossi e in carenza di ossigeno. I portatori sono quasi normali. Dominanza o recessività dipendono dalle caratteristiche funzionali delle varianti proteiche sintetizzate dei diversi alleli Domanda: se un allele codifica per un enzima normale e un allele per un enzima non funzionante, quale sarà dominante? Domanda: se un allele codifica per una proteina normale e un allele per una forma tossica, quale sarà dominante?

20 Se un cromosoma è una doppia elica di DNA, perché in tutte le figure i cromosomi hanno questa forma a X? DNA di Cromosoma non mitotico (interfase)

21 Durante la Replicazione del DNA DNA di Cromosoma durante la mitosi, quindi dopo il completamento della replicazione CROMATIDI