Biologia - lezione 3

BIOLOGIA Lez. 3

CODICE GENETICO

TRADUZIONE DEL DNA dogma centrale della biologia

La traduzione del DNA rappresenta il 2° step del [DNA

"RNA" PROTEINE]

sintesi di tutti gli RNA cellullari

*Trascrizione = (avviene in maniera diversa nei geni

di 1° classe e 2° classe). formazione di proteine attraverso la

La Traduzione è quel processo che porta alla

lettura dell’mRNA possibile grazie ai ribosomi. A questo processo partecipa anche il

tRNA che ha la funzione di andare a legare l’amminoacido al ribosoma.

La sintesi proteica (detta

traduzione proteosintesi proteogenesi protidogenesi proteinogenesi

anche , , , , ,

proteoneogenesi

o ) è il processo biochimico attraverso il quale l'informazione

genetica contenuta nel mRNA (RNA messaggero) viene convertita in proteine che

svolgono nella cellula un'ampia gamma di funzioni. La sintesi proteica inizia da un

filamento di mRNA, prodotto a partire da un gene sul DNA attraverso il processo

di trascrizione. Questo filamento nel ribosoma è usato come stampo per la produzione

tradotto

Nella traduzione viene un linguaggio composto da 4 sequenze di nucleotidi a

20 amminoacidi. La sequenza dell’mRNA viene letta a gruppi di 3 nucleotidi SENZA

INTERRUZIONI & SOVRAPPOSIZIONI. triplette

4 = 64 combinazioni che prendono il nome di

3

" 61 triplette codificano per 20 amminoacidi.

codoni di stop

Le tre triplette che non codificano sono detti (segnali d’arresto),

hanno il compito di fermare la sintesi proteica e sono UGA, UAG, UAA.

Il codone AUG funge sia da codone di iniziazione, segnando l’inizio di un messaggio

codificante la proteina, e anche come codone codificante la Metionina.

Il codice genetico viene detto ridondante o degenerato perché più codoni possono

essere codificati dallo stesso amminoacido. Codoni multipli possono codificare lo

stesso amminoacido. ciascuna tripletta codifica

Al tempo stesso il codice genetico NON È AMBIGUO perché

per un solo amminoacido. Ed è UNIVERSALMENTE VALIDO perché ogni tripletta

codifica per lo stesso amminoacido per ogni essere vivente (con pochissime

eccezioni). Se guardiamo al contrario, solo con una sequenza amminoacidica non si

potrà mai determinare la sequenza nucleotidica.

Il codice genetico è universale perché i codoni codificano gli amminoacidi in tutti gli

esseri viventi dai batteri fino all’uomo. Questa universalità del codice genetico ha

permesso l’ipotesi che la vita sulla terra sia nata una sola volta.

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Questa tabella ci permette di vedere al meglio la ridondanza del codice genetico e

altre caratteristiche. Metionina e Triptofano sono codificati da una 1 tripletta.

Una caratteristica degli amminoacidi codificati da due o più codoni è quella di avere i

primi due nucleotidi del codone uguali quello che cambia è l’ultimo.

Ogni sequenza si presta ad essere tradotta in

tre griglie di lettura differenti a seconda dal

punto il cui inizia il processo di decodificazione

sulla molecola e solo uno darà inizio a una

proteina funzionale. Perché negli altri casi si

verranno a formare nei codoni segnali di arresto

prematuro.

I codoni dell’mRNA non riconoscono direttamente gli amminoacidi, esistono delle

molecole adattatrici (tRNA) che da una parte riconoscono un codone dell’mRNA e

sequenza specifica dell’amminoacido

dall’altra parte una . stelo

Il tRNA è una molecola a singolo filamento che tradotto dall’inglese significa e ad

ansa.

Abbiamo un’ansa che si trova sempre dalla parte opposta rispetto le due estremità 5’

ansa dell’anticodone

e 3’, questa prende il nome di che andrà a riconoscere in

maniera specifica il codone sull’RNA messaggero.

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L’estremità 3’ di tutti i tRNA finisce sempre con la sequenza CCA e a livello di

quest’ultima Adenina verrà caricato l’amminoacido mediante una reazione che

fase ATP dipendente della sintesi

precede la sintesi proteica e prende il nome di

proteica.

Se il tRNA lega la metionina, a livello dell’anticodone si troverà la tripletta

UAC che è la tripletta complementare dell’RNA messaggero che è AUG.

Il legame codone - anticodone segue le regole di Watson e Crick.

opposti.

Codone e anticodone sono Questo è necessario per garantire la formazione

del legame peptidico che si dovrà formare fra i vari amminoacidi nel momento in cui,

durante la sintesi proteica, il tRNA sarà sui ribosomi.

ATTIVAZIONE DELL’AMMINOACIDO

(fase ATP-dipendente)

ATP dipendente

Durante la sintesi proteica, nella fase ancora non vi è l’unione

degli amminoacidi per formare una catena polipeptidica bensì avviene il

riconoscimento di un amminoacido da parte di un tRNA.

Estremità COOH dell’amminoacido e il 3’ OH del tRNA.

amminoacil-tRNA-sintetasi

Alcuni enzimi specifici ( ) catalizzano il legame tra

carbossiterminale

l’estremità (-COOH) dell’amminoacido e il 3’OH del tRNA.

Questa reazione è importante per due ragioni.

I. Perché altamente specifica: l’enzima riconosce in maniera specifica l’anticodone

del tRNA caratteristico di un determinato amminoacido.

In caso di errore si avrebbe un’errata sintesi proteica.

II. È una reazione che conserva energia.

La sintesi proteica è una reazione anabolica: la formazione di legami tra più

monomeri costituenti un polimero è una reazione che avviene con consumo di

energia. Per la formazione del legame peptidico occorre energia che deriva

dall’idrolisi del tRNA + un amminoacido e utilizzo di una molecola di ATP.

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Pirofosfato

P =

L’amminoacido adenilato

reagisce con il tRNA

(estremità 3’ OH) e si

forma l’amminoacil-tRNA

liberando AMP.

L’estremità 3’ OH

dell’adenina va a legare

l’amminoacido.

SINTESI PROTEICA

La sintesi proteica avviene sui ribosomi l'mRNA da tradurre in proteina si deve legare

ai ribosomi. I ribosomi sono costituiti da due subunità che di solito si

trovano separate ed entrano in contatto solo al momento

della sintesi.

A livello del ribosoma assemblato sono presenti tre siti

differenti e si chiamano A, P, E.

Nel sito A: il tRNA che porta l’amminoacido deve essere

aggiunto alla catena polipeptidica.

Nel sito P: il tRNA con la catena polipeptidica in

accrescimento.

(exit):

Il sito E esce il tRNA scarico che ha ceduto la catena

1. L'mRNA si lega prima alla subunità minore dei ribosomi attraverso un appaiamento

sequenza di riconoscimento

di basi tra una sequenza dell'mRNA e una un rRNA sui

ribosomi (sequenza di Kozak negli eucarioti e sequenza di Shine Dalgarno nei

procarioti)

2. Una volta che la subunità minore dei ribosomi si è legata all' mRNA può iniziare il

codone

riconoscimento dei codoni da parte dei tRNA. Un primo tRNA si lega ad un

AUG, segnale di inizio della traduzione. Il tRNA che si lega al codone AUG porta

con se un amminoacido che è la Metionina.

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3. Non appena il primo tRNA si lega al codone AUG, la subunità maggiore del

ribosoma si lega a quella minore per dare inizio alla traduzione.

Dopo il primo tRNA, legato alla tripletta di inizio AUG, con la Metionina, un altro

tRNA si legherà alla tripletta successiva e porterà con se un altro amminoacido. Il

Amminoacidico

secondo tRNA in arrivo entra nel sito A ( ) della subunità maggiore

in cui entrano i tRNA recanti appunto gli amminoacidi.

Peptidico

L'amminoacido Metionina del tRNA nel sito P ( ), viene trasferito al nuovo

tRNA entrato nel sito A, e inizia così la formazione del peptide.

4. Il ribosoma scorre lungo l'mRNA (traslocazione) per tradurre i codoni successivi,

lo scorrimento fa sì che il tRNA che era nel sito A passa nel sito P, e quello che era

Exit

nel sito P passa nel sito E ( ) e quindi viene rilasciato. Questo consente di avere

di nuovo un sito A libero che potrà accettare un altro tRNA che si legherà al codone

libero, portando un altro amminoacido.

Il trasferimento degli amminoacidi da un tRNA all'altro viene catalizzato da un

peptidiltransferasi

enzima chiamato codoni di stop

5. Nell'mRNA ci sono dei codoni detti che permettono la terminazione

coding sequence

della traduzione quando la è stata interamente tradotta. I tRNA

codoni non senso

che si legano ai codoni di stop (detti anche ) non portano

nessun amminoacido. Quando nel ribosoma entra un tRNA che si lega al codone di

disassembla

stop, il ribosoma si e la proteina viene rilasciata nel citoplasma.

FASE DI INIZIO

Il tRNA iniziatore portante la metionina (il primo codone

coding sequence

nella è AUG) si lega alla subunità minore del

ribosoma assieme a dei fattori di inizio (proteine).

Si lega l’mRNA, la subunità minore del ribosoma scorre

sull’mRNA finchè non incontra il codone di inizio AUG. Ci sono

dei segnali particolari che permettono al tRNA iniziatore di

CAP

riconoscere l’AUG corretto (uno di questi è il ).

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TRASLOCAZIONE & ALLUNGAMENTO

Il movimento del ribosoma che scorre sull’mRNA prende il nome di 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. tRNA

Al sito A sarà presente il terzo codone dell’mRNA pronto ad ospitare un nuovo

acilato . TERMINAZIONE

Quando al sito A sarà presente uno dei 3 segnali di arresto,

si legheranno dei fattori di terminazione e la sintesi sarà

bloccata.

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È possibile che più ribosomi si leghino alla stessa molecola di mRNA per produrre

rapidamente più copie di una determinata proteina (struttura chiamata

poliribosoma ).

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La sintesi dei ribosomi può avvenire sui ribosomi liberi o su quelli associati al RER, la

differenza sta nella localizzazione che la proteina dovrà avere all’interno della cellula.

In maniera specifica, le proteine che restano nel citosol o che vengono importate

all’interno del nucleo, mitocondri, cloroplasti, perossisomi vengono sintetizzati

nei RIBOSOMI LIBERI.

Le proteine che andranno a costituire la membrana plasmatica, quelle secrete

mediante vescicole o che vanno negli endosomi e nei lisosomi vengono

sintetizzate dai RIBOSOMI ASSOCIATI alle membrane del reticolo.

Il modo in cui avviene la sintesi sia sui ribosomi liberi che sul reticolo e anche la

destinazione delle proteine all’interno della cellula dipende strettamente da segnali

che sono presenti a livello della proteina.

La giusta sequenza nucleotidica è necessaria ma non sufficiente affinchè la proteina

possa svolgere il proprio ruolo; essa dovrà infatti trovarsi nella sede giusta per

l’esecuzione della propria funzione.

La proteina avrà dei segnali che la indirizzeranno nella giusta posizione (processo

complesso).

MODIFICAZIONI POST-TRADUZIONALI

Una proteina può subire delle modificazioni che avvengono dopo la sintesi e prendono

il nome di post-traduzionali e le più importanti sono: la Glicosilazione,

l’Acetilazione e la Fosforilazione.

GLICOSILAZIONE: aggiunta di glucidi/carboidrati

modificazione della struttura della proteina per opera dell'apparato del Golgi affinchè

la proteina raggiunga un ripiegamento corretto e, in questo modo, può esplicare la

propria funzione. Inoltre, la glicosilazione protegge dall'attacco di proteasi (enzima in

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grado di catalizzare la rottura del legame peptidico) di e aumenta la solubilità della

molecola proteica che viene dunque stabilizzata in tutti gli aspetti.

ACETILAZIONE [parte acilica dell'acido

Una reazione chimica in cui viene legato un gruppo acetile

acetico COCH3 ] ad una molecola (avviene negli istoni, nella proteina p53 o

(- )

nelle tubuline.)

FOSFORILAZIONE

Reazione chimica che consiste nell'addizione di un gruppo fosfato (PO4 )

3-

LE MUTAZIONI

La funzione principale del DNA è quella di trasmettere l'informazione genica da

modalità di trasmissione e di

generazione a generazione. LA GENETICA studia la

espressione di questi caratteri ereditari attraverso lo studio dei geni. unita

Gene: sequenza di nucleotidi presenti all’interno del DNA che agisce come

funzionale per la formazione di un prodotto, che puo essere una proteina, un RNA

strutturale o un RNA catalitico.

Ma il DNA non è fatto solo di geni!!

Il corredo cromosomico dell'uomo è fatto approssimativamente di 3,2 miliardi di paia

di basi di DNA contenenti all'incirca 25.000-20.000 geni. Solo quasi il 3% del DNA

contiene sequenze che codificano per le proteine, mentre la maggior parte del DNA è

apparentemente inutile. All’inizio fu battezzato “Junk DNA” (97%) ma in realtà hanno

una funzione.

DNA-Codificante = Genoma

DNA NON-Codificante

- Sequenze Uniche (introni, pseudogeni)

- Sequenze Ripetute: blocchi ripetuti in tandem dei centromeri

" Ripetizioni in tandem (

e dei telomeri, micro- e mini-microsatelliti , duplicazioni

segmentali ); (LINEs, SINEs, LTR, trasposoni)

Ripetizioni intersperse

"

1) SEQUENZE UNICHE

Introni: regioni non codificanti di un gene che, insieme agli esoni, vengono trascritte

dalle RNA polimerasi .

Pseudogeni: sequenza nucleotidica simile ad un gene (a livello strutturale), ma priva

di alcuna espressione all'interno della cellula. Solitamente si tratta di geni ancestrali

che hanno perso la capacità di essere espressi. Possono esse