Traduzione procarioti ed eucarioti

Traduzione

È il processo attraverso cui l’informazione genetica contenuta nella sequenza nucleotidica dell’m-RNA viene usata per generare le sequenze amminoacidiche delle proteine, ovvero è il processo che porta alla sintesi proteica.

In particolare il macchinario responsabile della traduzione del linguaggio dell’RNA messaggero nel linguaggio delle proteine è composto da 4 componenti principali, ovvero m-RNA, t-RNA, amminoacil-tRNA sintetasi e il ribosoma.

Ribosoma

È l’apparato macromolecolare che dirige la sintesi proteica, e risulta essere composto da RNA ribosomiale e proteine, che assemblate insieme vanno a formare 2 sub-unità distinte, una più grande e una più piccola, che strutturalmente risultano essere divise in un corpo, attraverso cui le due sub-unità prendono contatto formando un canale all’interno del quale viene alloggiato l’RNA messaggero, e in una testa.

In particolare, per convenzione le due sub-unità vengono denominate in base alla velocità di sedimentazione, di cui l’unità di misura è lo svedberg, per cui:

• Il ribosoma procariotico ha un indice di sedimentazione di 70S, ovvero presenta una sub-unità maggiore di 50S e una sub-unità minore di 30S. In realtà 50+30=80, però in questo caso la discrepanza è spiegata dal fatto che la velocità di sedimentazione è determinata sia dalla forma che dalle dimensioni, e non è quindi una misura della massa. In particolare vediamo che la sub-unità grande 50S è composta da r-RNA 23S, da r-RNA 5S e da circa 34 proteine. Mentre la sub-unità piccola 30S è invece composta dal solo r-RNA 16S e da circa 21 proteine.
• Il ribosoma eucariotico ha un indice di sedimentazione di 80S, ovvero presenta una sub-unità maggiore di 60S composta da r-RNA 5S, da r-RNA 28S e da circa 49 proteine, denominate L, e una sub-unità minore 40S composta da r-RNA 18S e da circa 33 proteine.

Metodi di conoscenza dei ribosomi

In particolare siamo arrivati alla conoscenza dei ribosomi attraverso vari metodi, come l’ultracentrifugazione differenziata, che ha permesso di separare i vari componenti cellulari, utilizzando nei vari step velocità di centrifugazione diverse; infatti nel primo pellet troviamo nuclei e membrane, poi ricentrifugando il supernatante, troviamo nel pellet mitocondri e lisosomi, e infine ricentrifugando ancora una volta il supernatante otteniamo un pellet contenente ribosomi e microsomi.

Oppure la separazione su gradiente di saccarosio, dove il preparato viene messo sotto forza centrifuga, per cui ciascuna molecola di RNA sedimenterà verso il fondo del tubo con una velocità che dipende dal suo peso molecolare e dalla sua forma, per poi andare ad analizzare le varie frazioni allo spettrofotometro, perché la quantità di RNA presente in ciascuna frazione viene determinata misurando l’assorbimento di luce alla lunghezza d’onda di 260 nm, caratteristico degli acidi nucleici, o misurando la radioattività se l’RNA è stato marcato.

Struttura e siti di legame

Inoltre il ribosoma, oltre a legare circa 35 bp di m-RNA che risulta essere alloggiato all’interno di quel canale formato dall’unione delle due sub-unità, che entra ed esce dal sito di decifrazione attraverso due piccoli canali, uno di entrata e uno di uscita, posti nella sub-unità minore, importanti perché fa sì che il DNA sia in forma distesa al momento dell’entrata nel sito di decifrazione, perché vengono rimossi qualsiasi tipo di accoppiamenti di basi intramolecolari che si possono essere creati a livello dell’mRNA, presenta anche 3 siti di legame per i t-RNA, in particolare presenta il:

• Il sito A attraverso cui lega l’aminoacil-tRNA.
• Il sito P attraverso cui lega il peptidil-tRNA.
• Il sito E, detto anche emisito, che corrisponde al sito di uscita del t-RNA scarico.

In particolare vediamo che i due siti A e P sono estesi su entrambe le sub-unità del ribosoma, ovvero ciascun sito di legame per il t-RNA si forma all’interfaccia tra la sub-unità maggiore e quella minore del ribosoma, perché in questo modo i tRNA possono coprire la distanza tra il sito della peptidil trasferasi della sub-unità maggiore e il sito di decifrazione della sub-unità minore.

In particolare è da notare che l’mRNA alloggiato all’interno del canale subisce un forte ripiegamento, che risulta essere fondamentale per discriminare tra i codoni del sito A e del sito P, perché non si deve permettere a un tRNA che porta semplicemente un aminoacido di finire direttamente nel sito A, tranne che all’inizio, per cui deve avvenire un meccanismo che in qualche modo mascheri il sito A e lasci libero il sito P, in modo tale che il tRNA in entrata si posizioni solo nel sito P. Inoltre ancora sulla sub-unità maggiore è presente un canale di uscita per la catena polipeptidica in crescita.

RNA ribosomiale e attività enzimatiche

In particolare gli r-RNA, come tutti gli RNA non tradotti, t-RNA, sn-RNA, sc-RNA, presentano una struttura secondaria molto complessa e conservata; infatti se andiamo ad analizzare r-RNA 16S di E. coli e l’r-RNA 18S di lievito, vediamo che entrambi hanno una struttura II che porta all’assunzione di domini assolutamente comparabili, così come il 28S assume una struttura comparabile al 23S solo se è presente il 5S, perché sarà proprio il 5S che avrà il compito di fare delle complementazioni di base con il 28S, in modo tale da aiutare quest’ultimo ad assumere una struttura II che mimi gli stessi domini che sono presenti nel 23S, che invece li assume in maniera autonoma.

Inoltre la presenza di questa struttura II risulta essere fondamentale perché permette alle proteine di andare a riconoscere i domini a cui esse stesse si vanno a legare e di conseguenza, visto che ogni dominio occupa una localizzazione distinta, è stato possibile mappare la posizione di tutte le proteine ribosomiali.

In particolare ritroviamo la peptidil-trasferasi, che è sempre posizionata in una posizione bene precisa a livello della sub-unità grande 50S e che ha il compito di trasferire un aa sulla catena polipeptidica in crescita, attraverso la formazione di un legame peptidico. Inoltre ritroviamo anche un'altra attività enzimatica che è la GTPasi, posizionata nella sub-unità maggiore, che ha il compito, andando ad occupare il sito aminoacidico, di idrolizzare GTP in modo che, quando l’aa viene trasportato sulla catena polipeptidica in crescita, il tRNA subisca delle modifiche conformazionali che producono il suo distacco dal ribosoma.

In particolare il fatto che queste proteine si trovino sempre nelle stesse posizioni, in maniera tale che possano svolgere in maniera efficiente le proprie funzioni, ci fa capire che sia importantissimo che tutte le proteine occupino sempre le stesse posizioni, per cui di conseguenza risulta di fondamentale importanza l’assunzione della struttura II da parte degli r-RNA.

Ciclo del ribosoma

In particolare quando parliamo di sintesi proteica, dobbiamo riferirci anche al cosiddetto ciclo del ribosoma, poiché visto che i ribosomi sono presenti inizialmente in due sub-unità separate, risulta evidente che per iniziare il processo queste sub-unità devono inizialmente unirsi in modo tale da formare l’intero apparato ribosomiale, poi procedere lungo tutto l’mRNA e alla fine devono necessariamente separarsi per far terminare il processo di sintesi.

Infatti vediamo che nella tappa di inizio della sintesi proteica, la prima sub-unità che si lega all’mRNA è la sub-unità piccola 30S, che viene subito dopo raggiunta dalla sub-unità grande 50S, in modo tale che si possa legare il primo amminoacil-tRNA.

Successivamente nella fase di allungamento il ribosoma si sposta lungo l’mRNA, in modo che la catena proteica si allunghi mediante successivi trasferimenti dal peptidil-tRNA all’amminoacil-tRNA. E infine nella tappa di terminazione la catena polipeptidica viene rilasciata dal t-RNA e il ribosoma si ridissocia nelle due sub-unità lasciando libero l’mRNA.

Ovviamente devono esistere dei fattori di dissociazione.