Codice Genetico

LA TRADUZIONE

Processo in cui si ha il passaggio vero e proprio dall’informazione genetica alla proteina.

Questo processo inizia con la sintesi dell’ aminoacil-tRNA : quando abbiamo tanti tRNA questi devono

essere caricati con l’amminoacido giusto che corrisponde al codone che viene riconosciuto

dall’anticodone presente sulla molecola di tRNA. Questo meccanismo è possibile grazie alla presenza di

enzimi aminoacil-tRNA sintetasi (ne esiste uno per ogni amminoacido) e legano in maniera selettiva

l’amminoacido e il tRNA e permettono la formazione del complesso dove l’amminoacido è legato al

tRNA. Questi enzimi hanno un sito selettivo per l’amminoacido, uno per tRNA avente l’anticodone per

quell’amminoacido, uno per l’ATP. Il meccanismo avviene a tappe: prima si legano l’amminoacido e

l’ATP formando un intermedio chiamato amminoacil-AMP, questo si forma perché l’AMP che deriva

dall’ ATP resta legata al gruppo carbossilico dell’amminoacido formando unna forma attivata dello

stesso che può essere trasferito sul dito del tRNA, prima che succeda l’amminoacido si slegherè dalla

AMP. L’amminoacido si attaccherà sul 3’ ossidrile del tRNA (sito di attacco amminoacido).

L’amminoacido che si lega risulta quindi avere occupato il gruppo carbossilico e non quello amminico,

cosa molto importante per capire cosa succede nella sintesi. L’amminoacido si trova dalla parte

opposta dell’anticodone.

IPOTESI DEL VACILLAMENTO: nella cellula non troviamo tanti tRNA quanti sono i codoni, nella cellula

abbiamo 61 codoni codificanti, ma il numero dei tRNA è più basso a seconda delle specie. Questo si può

spiegare con ipotesi del vacillamento. Il codice genetico e ridondante e degenerato, il che significa che

quando più codoni codificano lo stesso amminoacido la terza base è variante, quando abbiamo un tRNA

che riconosce più codini, è possibile perché a livello della terza base del codone e della prima dell’

anticodone c’è una possibilità di appaiamento vacillante, una base dove l’appaiamento non è

stringente. Un tRNA può riconoscere più codoni purchè codifichino per uno stesso amminoacido,

questo è reso possibile perché in prima base dell’anticodone troviamo basi che fanno appaiamenti

multipli, addirittura se troviamo una base modificata, questa potrà associarsi addirittura a tre diverse

basi azotate.

Come avviene la traduzione?

Sia nel caso di procarioti ed eucarioti, l’mRNA è costituito da una regione codificante situata tra il

codone di inizio AUG che codifica Metionina e un codone di terminazione che non codificano, poi a

monte e a valle di questa regione ci sono quelle porzioni che non codificano chiamate 5’ UTR e 3’ UTR;

negli eucarioti in più abbiamo a 5’ il cappuccio e al 3’ la coda.

Caratteristiche generali:

•Direzione di traduzione dell’mRNA 5’- 3’.

•Direzione di sintesi della proteina da amminoterminale a carbossiterminale, a causa del modo di

formazione del legame peptidico.

• l’mRNA è tradotto mentre viene sintetizzato questo perché nei procarioti non c’è una separazione

spaziale tra nucleo e citoplasma, quindi la traduzione è co-trascrizionale.

• più ribosomi possono legarsi all’mRNA ed aumentare l’efficienza di traduzione formando il

POLIRIBOSOMA o POLISOMA.

(Tutti questi punti sono uguali anche negli eucarioti tranne che per il terzo).

Inizio della traduzione nei batteri

Nei batteri, l’inizio della traduzione è garantito da un particolare tRNA che che si chiama tRNA iniziatore

che porta sempre una metionina modificata perché presenta un gruppo formilico attaccato.

Nei batteri il 1° aminoacido inserito è Nformilmetionina. Nei batteri esistono 2 tRNA che riconoscono il

codone AUG: il primo è specifico per il codone di inizio

(tRNAfMet) il secondo riconosce tutti gli altri AUG

presenti internamente nell’mRNA (tRNAMet).

I ribosomi dovranno riconoscere l’AUG dal quale iniziare

che tra tutti è presente nella giusta cornice di lettura, è

possibile che vi siano AUG che non sono quelli giusti da

cui iniziare per far si che le basi non vengano sfalsate,

nei procarioti a livello del 5’ non tradotto esiste la

sequenza di Shine-Dalgarno, la quale si trova circa 25

nucleotidi a monte dell’AUG giusto e risulta essere in

parte complementare alla sequenza dell’rRNA 16S

quindi si forma un doppio filamento in una piccola

regione tra il messaggero e ribosoma che permette di

posizionare correttamente il sito di traduzione ed

individuare correttamente l’AUG dal quale deve iniziare.

La struttura del ribosoma associato con le due sub-unità,

si distinguono alcune regioni: sito E che è quello di uscita

dell’amminoacido, il sito P chiamato peptidico perchè

porta il tRNA con la catena di amminoacidi in via di allungamento, il sito A detto amminoacilico perché

porta il tRNA in arrivo.

La traduzione si divide in 3 parti, una di inizio dove si assemblano i ribosomi e viene individuato il

codone di inizio, una di allungamento fase ciclica dove vengono attaccati gli amminoacidi, e una di

terminazione.

INIZIO

Dove la subunità s si trova dissociata e associata a fattori

di inizio dei quali necessita per aiutare la sintesi proteica,

i fattori di inizio sono 3 ed hanno funzioni diverse: il

fattore 1 si lega al sito A e lo occupa perchè il tRNA

iniziatore si deve legare al sito P, questo perché il sito A è

quello dove si trova il codone che deve essere letto ed è

il sito in cui progressivamente arrivano gli amminoacil-

tRNA mente nel P si troverà quello che porta la catena

proteica nascente, ma se il primo si posizionasse nel sito

A il secondo non saprebbe dove entrare e quindi il tRNA

trasportante la metioniana è l’unico che va a posizionarsi

subito nel sito P avendo la struttura adatta a farlo. Il

fattore 2 si accupa di posizionare il tRNA iniziatore nel

sito P, il fattore 2 è legato al GTP, le proteine legate a

questo molecole sono attive quando lo legano e svolgono

la loro funzione quando lo idrolizzano, e per tornare

funzionanti devono poi slegare il GDP e rilegare il GTP, il

momento di idrolisi del GTP è importante perché gli F2

posiziona il tRNA nel sito P se l’appaiamento è corretto

avviene idrolisi del GTP e F2 si dissocia. Il fattore 3 invece

impedisce alla sub-unità 50 S di legarsi prima che il

complesso di inizio non sia completamente formato, e

facilita il posizionamento del mRNA a livello della

subunità minore del ribosoma.

Nel complesso di inizio il sito E e A sono vuoti e quello P è

pieno.

ALLUNGAMENTO

Il sito A è libero e può arrivare un altro tRNA portato da fattori di allungamento leganti GTP che hanno lo

stesso ruolo degli F2, si posizionano a livello del secondo codone con il tRNA e se l’appaiamento è giusto

siccome il legame è molto stabile, rimane per un tempo più lungo e questo permette idrolisi del GTP (ci

vuole circa un ventesimo di secondo). Parte che serve per ricaricare i fattori di allungamento dei suoi GTP.

Quando gli amminoacidi si trovano vicini deve avvenire il legame peptidico, gli amminoacidi hanno il

gruppo amminico libero che compie attacco sul legame tra gruppo carbossilico e 3’ ossidrile

dell’amminoacil-tRNA precedente provocandone la rottura e formazione del legame peptidico con

l’amminoacido. Il peptide nascente rimane legato al tRNA situato nel sito A e a questo punto abbiamo la

traslocazione dal sito A al P per lasciare libero il sito A tramite uno scivolamento del messaggero. Questa

traslocazione è dovuta ad un altro fattore legante il GTP che fornice energia necessaria allo svolgimento.

TERMINAZIONE

Avviene quando a livello del sito A si trova uno dei codoni di stop, a questo punto non esiste un tRNA per

loro e a livello del codone di stop si posiziona un fattore di rilascio proteico coadiuvato da una proteina

legante GTP, viene a questo punto idrolizzato il legame tra il tRNA e l’ultimo amminoacido portato e si ha la

dissociazione del polipeptide, anche il ribosoma si dissocia e la sintesi proteica è terminata.

DIFFERENZE TRA PROCARIOTI ED EUCARIOTI

Chiaramente quella più importante è che la sintesi avviene nel citoplasma e non è co-traduzionale. Altre

differenze non sono nella sintesi. La prima è il riconoscimento del codone di inizio che non prevede la

presenza di una sequenza complementare alla subunità minore dell’rna ribosomiale bensì prevede un

meccanismo dove la subunità minore coadiuvata da fattori di inizio si lega al cappuccio e scorre in un

operazione di scanning lungo l’RNA messaggero fino a trovare il primo AUG (regola del primo AUG, non

assoluta) e in generale l’AUG dal quale inizia si trova dentro ad una sequenza CONSENSO detta SEQUENZA

CONSENSO DI KOZAK, di solito è il primo. I fattori di inizio sono molto più numerosi, ci sono quelli 1-2-3 che

sono molto simili a quelli dei procarioti e poi ci sono fattori coinvolti nei legami con 5’ e 3’ e sono

importanti per formare il complesso di inizio vero e proprio. Prima di forma il complesso di pre-inizio dove

c’è solo la subunità minore del ribosoma e poi uno di inizio dove le subunità sono presenti entrambe. I

fattori di allungamento sono i medesimi 3. Esiste un solo fattore di terminazione mentre nei procarioti ne

esistono 3.

Formazione del legame peptidico che è catalizzata da una componente ad RNA della subunità maggiore

dell’rRNA in particolare nei procarioti dalla 23S, quindi questo RNA è un ribozima che determina la

formazione di quel legame.

INCORPORAZIONE DELLA SELENOCISTEINA E DELLA PIRROLISINA

Ultimamente è stato visto che all’interno delle proteine troviamo anche altri due tipi di amminoacidi:

selenocisteina che si trova sia in procarioti che eucarioti e la pirrolisina che è stata trovata solo nei

procarioti. Inizialmente si pensava che questi amminoacidi derivassero da modifiche di altri amminoacidi

sintetizzati dal codice genetico (modificazioni post traduzionali). Poi si è vesti che sono effettivamente

codificati, introdotti nella sintesi con un meccanismo uguale ai precedenti, ma quali sono i codoni che li

sintetizzano se studiando il codice genetico non è stata trovata alcuna corrispondenza? Si è scoperto che

sono codoni di stop che inseriti in un particolare contenso strutturale dell’RNA messaggero possono essere

letti da i tRNA che portano selenocisteina e pirrolisina. Se il codone non deve essere letto come stop, nei

batteri, si troverà dent