Concetti Chiave
- La sintesi delle proteine avviene tramite la traduzione dell'mRNA in una sequenza di amminoacidi, con l'aiuto del tRNA che trasporta gli amminoacidi corretti.
- Il codice genetico utilizza triplette di basi (codoni) per codificare i venti amminoacidi, con 61 codoni attivi e 3 codoni nonsenso che segnano l'inizio e la fine della traduzione.
- Il tRNA si unisce al ribosoma attraverso l'appaiamento tra anticodone e codone, assicurando la corretta sequenza di amminoacidi nel polipeptide.
- Il ribosoma, composto da due subunità, è il sito dove avviene l'assemblaggio della molecola proteica, facilitando l'interazione tra mRNA e tRNA.
- Il codice genetico è universale, in quanto la stessa sequenza di basi codifica per gli stessi polipeptidi in tutti gli organismi, dai batteri agli esseri umani.
La sintesi delle proteine comporta la traduzione delle istruzione dalla sequenza nucleotidica dell'mRNA (il "linguaggio" degli acidi nucleici) in una sequenza di amminoacidi (il "linguaggio" delle proteine). Ogni amminoacido, che deve essere incorporato nella proteina, viene innanzitutto attaccato a una molecola specifica di tRNA. Quest'ultimo disporrà l'amminoacido nella posizione appropriata specificata dall'mRNA (per ognuno dei venti amminoacidi vi sono uno o più tipi specifici di molecole di tRNA); inoltre in ogni cellula si trova una serie di enzimi attivanti, i quali attaccano specificamente ogni aminoacido al suo tRNA corrispondente.
Meccanismo di traduzione dell'mRNA
Ma come fa l'RNA di trasporto a sapere esattamente qual è il punto di aggancio sull'RNA messaggero secondo le indicazioni del DNA? In realtà, si tratta di un meccanismo abbastanza semplice. Gli scienziati sapevano che l'alfabeto del DNA è costituito da quattro diversi tipi di nucleotidi e sapevano anche che gli amminoacidi, delle infinite varietà di molecole proteiche esistenti in natura, sono solo venti; di conseguenza sarebbero stati necessari venti messaggi diversi per guidarne la giusta collocazione nell'ambito della molecola proteica.
Codifica genetica e triplette di basi
Tuttavia i codici di cui il DNA dispone sono solo quattro (adenina, timina, guaina, citosma), dunque, per aumentare il numero dei messaggi cifrati da parte del DNA, è necessario accrescere il numero di combinazioni possibili. D'altra parte, anche la sequenza di due nucleotidi è insufficiente per soddisfare le esigenze di codifica per i venti amminoacidi (in
questo caso le combinazioni possibili sono infatti 24 = 16, e precisamente:
AA; AT; AG; AC; TA; TT; TG; TC; CA; CI ; CG; CC; GA; GT; ÓC; GG).
La soluzione risiede nella tripletta di basi in grado di offrire una gamma di sessantaquattro combinazioni, di cui sessantuno si sono rivelate capaci di codificare amminoacidi, mentre le altre tre, in apparenza prive di significato e chiamate codoni nonsenso, sono interpretate come "segni di interpunzione" utili a indicare la fine di un messaggio o l'inizio di un altro.
Funzionamento del tRNA adattatore
La chiave del meccanismo con cui funziona il tRNA adattatore è l'appaiamento fra tre delle sue basi (l'anticodone) e tre basi delFmRNA (il codone). Ogni molecola di tRNA ha nella sua sequenza di basi un anticodone complementare a una sequenza di tre basi - cioè a un codone - del filamento di mRNA. Come vengono uniti gli amminoacidi per formare un polipeptide dopo che sono stati portati fino all'mRNA?
Processo di sintesi del polipeptide
L'intero processo concerne il ribosoma, un organulo cellulare formato da RNA ribosomico e proteine, che funge da sito per il montaggio della molecola proteica. Ogni ribosoma è formato da due subunità, una più grande e una più piccola: la subunità grande è dotata di "tasche" per l'inserimento del tRNA, mentre la subunità piccola ha i siti per l'attacco dell'mRNA . Per iniziare la sintesi di un polipeptide, un fìlamento di mRNA si associa a un ribosoma e al tRNA che porta il primo amminoacido da incorporare nella catena proteica. L'RNA messaggero ha una tripletta di basi che viene riconosciuta dal ribosoma come segnale d'inizio. Un ribosoma, il codone di inizio dell'mRNA e il tRNA speciale che porta il primo amminoacido della catena formano il complesso d'inizio.
Una volta che il primo amminoacido si trova nella posizione specificata dal codone di inizio dell'mRNA, il successivo codone lega l'anticodone complementare del tRNA che trasporta l'amminoacido seguente. Si forma così il primo dipeptide che rimane attaccato al tRNA dell'aminoacido che è arrivato per ultimo. Il ribosoma quindi, senza rilasciare il tRNA che trattiene il dipeptide, impegna il codone successivo liberando il primo codone e il primo tRNA. L'amminoacido corrispondente al nuovo codone arriva legato al suo tRNA e viene aggiunto al dipeptide a formare un tripeptide. Questo processo continua con l'allungamento del polipeptide fino a quando il ribosoma incontra uno dei codoni nonsenso dell'mRNA (si tratta di uno dei tre codoni UAA, UAG o UGA) che costituisce il segnale di terminazione.
Universalità del codice genetico
L'ultimo tRNA viene quindi rilasciato e il polipeptide si stacca dal ribosoma e dal tRNA. La catena polipeptidica è completa. Il codice genetico che stabilisce le corrispondenze fra triplette di basi dell'RNA e amminoacidi è lo stesso per le cellule di tutti gli organismi esaminati, dai batteri ai funghi, dalle piante agli animali. Quindi il codice genetico è universale: una data sequenza di basi del DNA o dell'mRNA, presente in un batterio o in una cellula umana, dà lo stesso polipeptide.
Domande da interrogazione
- Come avviene la sintesi delle proteine?
- Qual è il ruolo del tRNA nella traduzione dell'mRNA?
- Perché sono necessarie le tripletta di basi nel codice genetico?
- Come avviene l'allungamento del polipeptide durante la sintesi proteica?
- Qual è l'importanza dell'universalità del codice genetico?
La sintesi delle proteine comporta la traduzione dell'mRNA in una sequenza di amminoacidi, con l'aiuto del tRNA che trasporta gli amminoacidi nella posizione corretta, come specificato dall'mRNA.
Il tRNA ha un anticodone complementare a un codone dell'mRNA e trasporta l'amminoacido corrispondente, assicurando che gli amminoacidi siano assemblati nella giusta sequenza per formare una proteina.
Le tripletta di basi permettono di avere sessantaquattro combinazioni possibili, di cui sessantuno codificano amminoacidi, risolvendo il problema di codificare venti amminoacidi con solo quattro nucleotidi.
L'allungamento del polipeptide avviene quando il ribosoma lega successivi codoni dell'mRNA, permettendo l'aggiunta di amminoacidi tramite il tRNA, fino a raggiungere un codone nonsenso che segna la terminazione.
L'universalità del codice genetico implica che la corrispondenza tra triplette di basi e amminoacidi è la stessa in tutti gli organismi, dai batteri agli esseri umani, evidenziando un principio fondamentale della biologia.
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