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La sintesi proteica
Quando si parla di espressione genica si intende tutto il processo che va dalla trascrizione alla sintesi proteica.
Quando i due tRNA si trovano nei due siti principali dei ribosomi (sito amminoacidico o sito A, dove arriva il primo amminoacido; sito peptidico o sito P, dove avviene lo spostamento), gli amminoacidi attaccati al tRNA si trovano in una posizione tale per cui il gruppo amminico di un amminoacido si viene a trovare accanto al gruppo carbossilico perché deve avvenire la reazione in modo da formare il legame peptidico e a questo punto succede che si viene a formare il legame peptidico e che il primo amminoacido si stacca dal primo tRNA, il quale può uscire per prendere un altro amminoacido, e passa al secondo tRNA, il quale, di fatto, oltre a contenere il suo amminoacido, conterrà anche l'amminoacido che si è trasferito dal primo tRNA. Quindi questo secondo tRNA, quando passa dal sito A al sito P, presenta già i due amminoacidi legati.
Dopo di che arriva il terzo amminoacido e avviene lo stesso tipo di reazione dell'amminoacido precedente: si vede che i primi due amminoacidi che erano legati al secondo tRNA, adesso si staccano da esso e passano al terzo tRNA, legandosi al terzo amminoacido. Ad ogni ciclo il nuovo tRNA carico arriva sempre nel sito A e nel sito P arriva successivamente (a eccezione del primo tRNA, il quale si lega direttamente sul sito P).
Possiamo notare che la nostra proteina crescerà amminoacido per amminoacido.
Cosa importante da notare nella sintesi proteica è il tRNA che trasporta l'amminoacido nel ribosoma. Ci sono tanti tRNA per ogni amminoacido (il tRNA può portare l'amminoacido che corrisponde all'anticodone presente nell'ansa corrispondente). L'amminoacido che viene caricato nel tRNA deve essere quello corretto, ovvero quello che consente il legame codone-anticodone corretto. Se l'amminoacido che viene caricato nel tRNA non dovesse essere quello corretto,
Il ribosoma non è in grado di accorgersene (esso riconosce solo l'ansa dell'anticodone che si va a legare al codone dell'mRNA). Per questo motivo esistono degli enzimi che hanno il compito di caricare l'amminoacido nel tRNA corretto. Quindi se questo enzima si dovesse sbagliare, il possibile errore rimane. Quest'enzima è un aminoacil-tRNA sintetasi. Questo enzima presenta diversi punti: prendiamo come esempio la valina-tRNA sintetasi: esso presenta una tasca in cui si posiziona l'amminoacido, ovvero la valina e, poiché è un processo che richiede energia, a quest'enzima si lega l'ATP; in basso prende posto il nostro tRNA. Nel frattempo che arriva l'RNA di trasporto, l'amminoacido viene attivato, ovvero l'ATP libera la sua energia eliminando i due gruppi fosfato più lontani dal nucleotide e la valina si lega in modo covalente all'AMP (la valina così si è attivata ed è
pronta adessere legata al tRNA). L’tRNA deve essere quello corretto, ovvero nell’anticodone deve presentare nell’ansa dell’anticodone la sequenza CAA, ovvero la sequenza complementare del codone per la valina. Quindi questo tRNA prende posto in modo tale che la parte terminale dove viene attaccato l’amminoacido si trova in prossimità della valina. Dopo di che si ha la reazione di trasferimento della valina sul tRNA, formando un legame covalente e l’AMP viene liberato. A questo punto l’RNA ditrasporto carico viene liberato dall’enzima e va nei ribosomi, dove viene utilizzato per la sintesi delle proteine e una volta che l’amminoacido viene depositato nella proteine in crescita, il tRNA scarico torna nello stesso enzima dove avviene il caricamento di un altro amminoacido.Ci sono delle volte in cui il tRNA presenta delle mutazioni nell’ansa dell’anticodone. Se l’anticodone subisce una mutazione di un nucleotide e il
Codone subisce la mutazione reciproca, allora i due si possono legare in modo corretto: è un caso di soppressione intergenica di una mutazione (un esempio lo troviamo nel caso degli occhi delladrosophyla). All'inizio della sintesi proteica nei procarioti si attivano le due subunità dei ribosomi: la prima ad attivarsi è quella minore che si attiva mediante un fattore di inizio (IF3) che si lega in un punto specifico della subunità minore e l'RNA messaggero si lega alla subunità minore in modo da posizionare il codone AUG nel sito P del ribosoma. Tutti gli tRNA vanno sempre nel sito A perché il sito P è occupato dall'RNA di trasporto precedente, tranne il primo RNA di trasporto che si lega nel sito P perché si formano delle strutture intermedie che consentono prima di posizionare l'mRNA in modo corretto in modo tale che il codone AUG si trovi in corrispondenza del sito P. Dopodiché arriva il primo tRNA con la fMet.
La regolazione dei geni sono sempre espressi e al massimo possono essere regolati nella quantità di prodotto (questo tipo di regolazione è dato dall'efficienza del sito promotore: se serve un prodotto maggiore, il sito promotore sarà più efficiente; se serve un prodotto minore, il sito promotore sarà meno efficiente). I geni regolati invece sono quei geni non sempre necessari alla cellula (i loro prodotti a volte servono e a volte no). Questi geni regolati hanno una struttura del genere: hanno una regione definita operatore che si trova tra il sito promotore e l'inizio del sito.
della trascrizione. L'operatore è un sito che consente al gene di essere trascritto oppure no in base all'esigenze della cellula. Nella regolazione dei geni inducibili il sito operatore può funzionare in due modi diversi e ciò dipende dal gene stesso: Nella regolazione positiva il sito operatore quando è legato da un certo fattore o proteina viene attivato (è il caso dei fattori di inizio della trascrizione). Nella regolazione negativa il sito operatore quando è legato da un certo fattore o proteina viene represso (il fattore, dunque, blocca la trascrizione). Una differenza importante nell'organizzazione dei geni nei procarioti e negli eucarioti è che: negli eucarioti tutti i geni sono trascritti singolarmente (ogni gene ha un suo sito promotore a eccezione di qualche caso particolare, come quelli degli rRNA, dove i geni sono uno accanto all'altro e vengono trascritti in un'unica molecola di RNA); nei procarioti ci sono dei
geni che vengono trascritti a partire da un unico sito promotore (ci sono dei geni che si posizionano uno accanto all'altro e il sito promotore è presente solo all'inizio e non tra un gene e l'altro). Questo perché il batterio ha trovato un sistema utile per regolare con un'unica modalità geni coinvolti nella stessa via metabolica: ad esempio i geni che consentono di utilizzare il lattosio sono 3 che quando il lattosio c'è vengono tutti e tre espressi e quando il lattosio non c'è vengono tutti e tre bloccati. Questi gruppi di geni vengono indicati con il termine di operoni. Nei procarioti, dunque, vi è questa caratteristica: un certo numero di trascritti sono policistronici o poligenici, ovvero all'interno di ogni trascritto troviamo più sequenze codificanti. L'operone lattosio è stato il primo operone identificato nei procarioti e anche il primo che ha permesso di capire
siaquest’organizzazione e sia il sistema di regolazione presente nei batteri. L’operonelattosio è composto da tre geni: lac Z (codifica per la beta galattosidasi, ovvero unenzima che scinde il lattosio in due monomeri, il galattosio e il glucosio, usati salbatterio per il suo metabolismo), lac Y (codifica per una permeasi che permettel’ingresso del lattosio all’interno della cellula) e lac A.Questi enzimi servonofondamentalmente per poter utilizzare il lattosio nel momento del bisogno. In più labeta galattosidasi permette di ottenere quello che viene chiamato allolattosio, unisomero del lattosio che è la molecola che consente di regolare l’operone lattosio.l’mRNA che si forma è unmessaggero che presenta tre sequenze codificanti in cui c’è un codone di inizio per lacZ, che è il primo gene, e un codone di stop per questo stesso gene. Tra questo codonedi inizio e
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