Nucleo

SINTESI PROTEICA

Per la sintesi di una catena polipeptidica (ossia per il processo di traduzione) sono necessari:

RNA messaggero porta il messaggio ed è il risultato di un processo di trascrizione avvenuto

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all’interno del nucleo a carico di uno specifico gene che è stato copiato in modo complementare

grazie all’appaiamento delle basi azotate che quindi vanno a costituire l’rna messaggero su copia del

gene contenuto nella molecola di DNA

Fattori di inizio servono per poter innescare questo processo

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RNA transfer trasporta uno specifico amminoacido, ha una particolare struttura a trifoglio che

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identifica a livello di una specifica ansa la regione chiamata “anticodone”, il quale è complementare

al codone che c’è sull’mrna e, in funzione di questa complementarietà, il tRNA porta uno specifico

amminoacido

Enzima amminoacil-tRNA sintetasi media il legame transitorio tra amminoacido e tRNA, legame

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che deve rompersi nel momento in cui l’amminoacido, portato al complesso della sintesi proteica,

viene legato alla catena polipeptidica nascente; il tRNA se ne va quindi “libero”.

Ribosoma è formato da due subunità, a loro volta costituite da RNA ribosomiale complessato da

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proteine; con la subunità minore il ribosoma riconosce l’mrna e orienta l’mrna in modo corretto (esso

viene letto con direzione 5’→3’, ciò significa che l’mRNA scorre a livello di questo complesso

macchinario di traduzione seguendo questa direzione), con la subunità maggiore, invece, il ribosoma

orienta il tRNA che porta l’amminoacido di interesse

Enzimi regolano qualsiasi tappa che caratterizza questo processo

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Energia il processo deve avvenire in modo veloce e l’interazione del DNA con l’mrna e dell’mrna

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con le subunità ribosomiali richiede consumo di energia

La traduzione inizia nel momento in cui sull’mRNA la subunità ribosomiale incontra la tripletta di inizio, cioè

il codone AUG, il quale specifica per un particolare amminoacido, la metionina; ciò significa che tutte le

catene che sono in via di sintesi, alla loro estremità N-terminale (la regione che si forma per prima nella

catena polipeptidica), hanno sempre inserita la metionina, la quale verrà successivamente tagliata da un

enzima e quindi non entrerà a far parte della catena polipeptidica.

Ma come avviene la sintesi proteica?

In partenza sono presenti la subunità minore, l’mRNA e un tRNA che porta alla sua estremità 3’ la metionina

(ciò significa che questo è il primo tRNA che, grazie al suo anticodone, UAC, si aggancerà al codone d’inizio

dell’mRNA, AUG) e che è carico di GTP (guanosin-trifosfato), la molecola che formerà energia. Intervengono

poi i fattori d’inizio che volgono la funzione di:

Preparare la sub-unità minore del ribosoma ad accogliere l’mRNA e a scorrere su questo fino a

1) quando incontra il codone d’inizio AUG; ciò significa che la subunità minore non si lega all’inizio

dell’mRNA perché all’estremità 5’ (estremità in cui inizia la traduzione) vi è una sorta di cappuccio

che permette alla subunità minore di riconoscere l’mRNA e di scorrere finché incontra la tripletta di

inizio (che si trova qualche tripletta più in là dell’estremità 5’)

Garantire il legame vero e proprio della molecola di mRNA alla subunità minore del ribosoma

2) Favorire il legame della metionil-tRNA-GTP alla subunità minore del ribosoma: la metionil-tRNA-

3) GTP è il primo tRNA, porta come anticodone tre basi azotate complementari alla tripletta di inizio,

aggancia l’amminoacido metionina, è carica di una molecola di GTP e si lega al sito P della subunità

minore (già a livello della subunità minore, ma soprattutto nella subunità maggiore si individuano tre

siti: un sito A o sito amminoacilico, sito P o sito peptidilico, sito E o exit). Nel momento in cui avviene

l’appaiamento dell’anticodone con il codone d’inizio viene richiamata la subunità maggiore e quindi

quello che viene definito il complesso d’inizio della traduzione è ormai completo; in questo modo

comincia a crearsi il primo amminoacido che è la metionina (presente in tutte le catene

polipeptidiche all’estremità amminoterminale)

I fattori d’inizio, nel momento in cui hanno permesso l’interazione tra la subunità minore e il tRNA, si

staccano e la molecola di GTP agganciata al primo tRNA va incontro a idrolisi e perciò il primo amminoacido

è pronto a legarsi a un secondo amminoacido.

Arriva un secondo tRNA (che porta un secondo amminoacido) che occupa il sito A; la metionina, (il primo

amminoacido) quindi, si trova vicino al secondo amminoacido e tra i due amminoacidi si crea un legame

peptidico; nel dipeptide nascente il primo tRNA esce dal sito P e si sposta nel sito E dove si stacca dal

ribosoma, il secondo tRNA esce dal sito A e si sposta nel sito P, lasciando il sito A libero per un nuovo tRNA

con il suo amminoacido legato

Arriva poi un terzo tRNA (che porta un terzo amminoacido e che, come al solito, è carico di una molecola di

GTP), il cui anticodone corrisponde alla tripletta del sito A e tutti i passaggi precedentemente accaduti si

ripetono: il terzo tRNA occupa il sito A; quando sia il sito A che il sito P sono occupati da due amminoacidi

tra il penultimo amminoacido (in questo caso, il secondo) e l’ultimo amminoacido (in questo caso, il terzo) si

instaura un legame peptidico; il secondo tRNA esce dal sito P e si sposta nel sito E dove si stacca dal

ribosoma, il terzo tRNA, ormai libero dal suo amminoacido, esce dal sito A e si sposta nel sito P; quindi, la

catena polipeptidica si è arricchita di un nuovo amminoacido e il sito A è di nuovo libero per accogliere un

altro tRNA che porta un nuovo amminoacido. Durante tutti questi passaggi, i tRNA che

arrivano sono carichi di GTP e l’idrolisi di

questa molecola permette l’inserimento

corretto del tRNA a livello del sito A del

complesso ribosomiale.

Il complesso di traduzione (quindi il

“macchinario” che serve per tradurre

l’mRNA) scorre con direzione 5’→3’,

quindi man mano che il complesso passa

lungo l’mRNA, la catena polipeptidica si

allunga sempre più (quando è completa

conta almeno 100 amminoacidi)

Questo processo va avanti finché, man mano che il ribosoma scorre sull’mRNA, il sito A del ribosoma si trova

in corrispondenza della tripletta di stop (che significa: “non inserire più amminoacidi nella catena

polipeptidica nascente”): a questo punto, anziché arrivare un nuovo tRNA (non esiste un tRNA che non porta

nessun amminoacido), arriva un fattore di rilascio che occupa il sito A, riconosce la tripletta di stop e

favorisce l’idrolisi del legame tra la catena polipeptidica ormai completa e l’ultimo tRNA occupante il sito P.

A seguito di ciò, tutto il complesso si

dissocia: subunità minore e maggiore si

dissociano tornando libere nel citoplasma

per una nuova sintesi, l’mRNA che è stato

letto lascia il complesso di traduzione (e,

dopo un certo intervallo di tempo, sarà

degradato), il fattore di rilascio e l’ultimo

tRNA “scarico” tornano disponibili per

una nuova sintesi proteica.

Un mRNA viene letto da più subunità ribosomiali (poliribosomi) per rendere estremamente efficiente la

sintesi di catene polipeptidiche a partire da un solo mRNA nell’unità di tempo.

La catena polipeptidica neosintetizzata va incontro a meccanismi di conformazione e, a seconda del sito di

sintesi, è indirizzata verso il sito di interesse (all’interno della cellula, a livello della membrana cellulare o

all’esterno della cellula).

DUPLICAZIONE DEL DNA

Le cellule, tutte le volte che vanno incontro a duplicazione (come, per esempio, a una mitosi) devono

duplicare il loro materiale genetico. Esempio: una cheratinocita (cellula dell’epidermide) situato nella regione

più basale dell’epitelio, cioè quello strato fatto da cellule con intensa attività mitotica, per poter duplicare se

stesso (quindi per ottenere dalla cellula madre due cellule figlie identiche per contenuto, materiale genetico

e morfologia alla cellula di partenza) deve duplicare tutti gli organelli in modo che ogni cellula figlia possa

ereditarli, ma deve anche duplicare ogni sua molecola di DNA perché ogni cellula figlia deve ereditare 46

cromosomi. La duplicazione delle molecole del DNA viene definita semiconservativa: vediamo come

avviene e capiremo perché. Una molecola di DNA è formata da due filamenti polinucleotidici,

antiparalleli (uno con direzione 3’→5’, l’altro 5’→3’) e complementari

(le basi azotate dei nucleotidi di un filamento si appaiano solo con le

proprie basi azotate complementari dei nucleotidi del filamento

complementare, quindi si appaiano timina e adenina, citosina e

guanina); nel momento in cui la molecola di DNA deve duplicare se

stessa, i due filamenti devono separarsi, quindi i legami a idrogeno tra

timina-adenina e citosina-guanina si aprono rendendo disponibili le

basi azotate, le quali sono lette da uno specifico enzima chiamato DNA

polimerasi che crea i filamenti complementari.

Quindi, man mano che i filamenti parentali si aprono, la DNA polimerasi crea una nuova catena

polinucleotidica. Le basi azotate che sono legate ai nucleotidi dei nuovi filamenti che si stanno formando

sono complementari a quelle dei due filamenti parentali, che fungono perciò da filamenti stampo. Quindi, a

partire da un'unica molecola di DNA si ottengono due molecole di DNA, ognuna formata da un filamento

parentale (che ha rappresentato lo stampo) e da un nuovo filamento che si è formato: ecco perché la

duplicazione viene definita semiconservativa (“semi” perché in ognuna delle due nuove molecole di DNA è

stato conservato un solo filamento parentale).

Quindi, prima di un qualsiasi processo mitotico di divisione, una cellula duplica il suo patrimonio genetico

passando dall’avere 46 cromosomi all’averne 46x2.

La duplicazione semiconservativa non è soltanto legame tra desossiribonucleotidi: intanto, ciò che arriva

per inserirsi nel filamento nascente non solo desossiribonucleotidi, ma sono nucleosidi trifosfato, cioè

portano tre gruppi fosfato che rappresentano una carica di energia che viene liberata rompendo i legami con

gli ultimi due gruppi fosfato nel momento in cui i nucleosidi trifosfato devono essere inseriti nella nuova

catena polipeptidica, di c