Traduzione mRNA — Appunti completi e schematici

La lisina è un amminoacido con carica positiva, i suoi codoni sono simili a quelli dell’arginina

che è a carica positiva.

Acido aspartico: carico negativamente

L’acido aspartico è carico negativamente, le sue triplette sono molto simili a quelli dell’acido

glutammico.

Resistenza alle mutazioni

Questo consente alla cellula di resistere alle mutazioni.

Di fatto, la sostituzione di una base azotata con caratteristiche comporta una probabilità

maggiore di generare una proteina ugualmente funzionante.

Anticodoni (48) < Codoni (64)

Su 500 tRNA nell’uomo si conoscono soltanto 48 sequenze di anticodone. In realtà, sulla

base della complementarietà delle basi servirebbero in realtà 64 anticodoni per leggere tutti i

codoni.

Non sono sufficienti per 2 motivi:

1.​ Modificazioni Chimiche dei Nucleotidi: il fatto che alcuni nucleotidi vengano modificati

chimicamente li rende capaci di appaiarsi in modo più elastico. Per esempio, l’inosina

che deriva dalla deaminazione (ovvero la perdita del gruppo NH2 a carico delle

purine) è capace di legarsi a più nucleotidi diversi e quindi aumenta la capacità di

formare legami H tra l’ anticodone che la contiene e il codone.

2.​ Struttura del tRNA: il tRNA avendo una struttura ad ansa, fa sì che l’anticodone non

sia in grado di appaiarsi in modo perfetto dal punto di vista strutturale al codone

dell’mRNA. Le prime 2 basi azotate del codone si legano sempre seguendo la

complementarietà delle basi all’anticodone, mentre la terza base può tollerare degli

appaiamenti non perfetti proprio per “tollerare” la differenza di struttura tra tRNA e

mRNA. Questo fenomeno si chiama “vacillamento della terza base”.

Attenzione: La complementarietà delle basi avviene sempre tra due acidi nucleici che

corrono in direzione antiparallela.

PROCESSO TRADUZIONE

Uscita dell’mRNA dal nucleo al citoplasma

L’mRNA maturo arriva nel citoplasma tramite i pori nucleari. Tutto ciò è possibile grazie a

particolari proteine delle quali è rivestito.

Amminoacil-tRNA-sintetasi

Gli enzimi che permettono al tRNA di caricare l’amminoacido sono chiamati enzimi

amminoacil-tRNA- sintetasi.

●​ Sono 20 enzimi come gli amminoacidi e ogni enzima si occupa di caricare uno

specifico amminoacido su tutti i tRNA che lo sanno legare.

●​ Amminoail-tRNA-sintetasi lega il 3’-OH del braccio accettore del tRNA con

l’amminoacido specifico.

Come lavora amminoacil-tRNA-sintetasi

1.​ Fase di attivazione: l’amminoacido viene riconosciuto e legato ad una molecola di

ATP in modo da essere attivato. Avviene quindi l’idrolisi del pirofosfato e la

formazione di un legame covalente tra amminoacido e l’AMP rimasto. Questo

legame è un legame ad alta energia;

2.​ Legame amminoacido e tRNA: la rottura del legame ad alta energia tra amminoacido

e AMP permette il trasferimento dell’amminoacido sul tRNA. Termodinamicamente

tutto questo ha senso: una reazione endoergonica (caricamento dell’amminoacido)

per avvenire è accoppiata ad una reazione esoergonica (rottura del legame);

3.​ Verifica strutturale: creato il legame, l’enzima amminoacido-tRNA-sintetasi verifica

che la struttura della molecola (tRNA + amminoacido) sia corretta. Nel caso fosse

sbagliata l’amminoacido viene trasferito in una regione dell’enzima con attività

idrolitica e viene quindi staccato dal tRNA.

Ribosoma

L’RNA ribosomiale consente la formazione del legame peptidico.

Il ribosoma deve essere in grado di riconoscere l’mRNA, il tRNA e di riconoscere le

proteine cellulari.

Struttura morfologica-funzionale del ribosoma

Il ribosoma presenta un canale all’interno del quale scorre l’mRNA, un canale di uscita per

la proteina in fase di sintesi e 3 siti di legame per il tRNA:

1.​ Sito A ( amminoacil): accoglie il tRNA che trasporta l’amminoacido che deve essere

aggiunto;

2.​ Sito P (peptidil): è quello in cui il ribosoma accoglierà il polipeptide nascente;

3.​ Sito E (exit): da cui verranno rimossi i t RNA scarichi.

FASE INZIO TRADUZIONE

Questa fase è l’unica che prevede delle differenze ra eucarioti e procarioti e per questo

vanno analizzati singolarmente. Allungamento e terminazione sono uguali sia per procarioti

che per eucarioti. INIZIO TRADUZIONE PROCARIOTI

Fase di Riconoscimento mRNA da parte del Ribosoma

Sequenze Shine-Dalgarno

AUG viene riconosciuto dal ribosoma perché a monte di AUG iniziatore si trovano delle

sequenze consensus conservate (che sono distanti tra i 5 e i 10 nucleotidi dalla AUG),

chiamate sequenze Shine-Dalgarno.

Queste sequenze, ricche in G-U, rappresentano il segnale che dice al ribosoma che quel

determinato AUG è l’inizio della proteina. Di fatti AUG, che è il codone della metionina, non

si trova solo all’inizio, ma può trovarsi in qualsiasi posizione della proteina.

La sequenza Shine-Dalgarno riescono ad esplicare la propria funzione perché sono

complementare ad un tratto della subunità minore del ribosoma: sono capaci di ancorare la

subunità minore del ribosoma, fermarla e darle il tempo di riconoscere l’AUG iniziatore.

Fattori di Inizio

A livello citoplasmatico, le subunità maggiore e minore dei ribosomi sono separate.

Il legame tra le 2 subunità, nei procarioti, avviene subito dopo il riconoscimento delle

sequenze Shine-Dalgarno e questo appaiamento è accompagnato dagli IF 1,2,3 (initation

factors).

1.​ IF1: serve a legare stabilmente la subunità minore del ribosoma all’mRNA.

2.​ IF2: è una GTPasiIF2, permette l’entrata del tRNA iniziatore nel sito P del ribosoma.

3.​ IF3: permette l'associazione della subunità maggiore del ribosoma, il rilascio dei

fattori IF1 e IF2 e infine l'inizio della serie di cicli di allungamento della sintesi

proteica.

A questo punto si è formata la particella ribosomiale completa 70S.

INIZIO TRADUZIONE EUCARIOTI

Fase di Riconoscimento mRNA da parte del Ribosoma

1.​ Sequenze Kozak

Nel caso degli eucarioti, AUG viene riconosciuto dal ribosoma perché a monte di AUG

iniziatore si trova una sequenza consensus conservate (che sono distanti tra i 5 e i 10

nucleotidi dalla AUG), chiamate sequenza Kozak.

La sequenza di Kozak è l’intorno al codone AUG che consente un rallentamento del

ribosoma e permette al ribosoma di riconoscere AUG.

2.​ EIF2: formazione del complesso 43S

La sequenza di Kozak manda un segnale al tRNA iniziatore, il quale però deve essere

riconosciuto e legato per esplicare la propria funzione.

Quindi, quello che avviene negli eucarioti è che il tRNA per la metionina si lega a un

fattore di inizio della traduzione, chiamato fattore di inizio EIF2 (Eukaryotic Initiation Factor)

associato al GTP.

Il GTP, il tRNA iniziatore e EIF2 si legano alla subunità minore del ribosoma: questo

complesso prende il nome di 43S.

3.​ mRNA esce dal nucleo: formazione del complesso 48S

Intanto, dall’altra parte del citoplasma l'mRNA è uscito dal nucleo ed è associato a delle

proteine nel citoplasma. In particolare l’mRNA è associato:

●​ poliA binding protein al 3’;

●​ proteina EIF4E al 5’.

Le poliA binding protein e EIF4E alle due estremità, si toccano mediante una proteina che fa

da ponte che si chiama EIF4G, formando una struttura circolare dell’mRNA: infatti, l’mRNA è

costretto a chiudersi a cerchio.

La circolarizzazione dell’mRNA è molto importante perché quando il ribosoma riconosce il

codone di stop, le 2 subunità si separano in prossimità dell’inizio di

una nuova traduzione, dal momento che l’mRNA è circolare.

Di conseguenza, avremo una probabilità maggiore che le 2 subunità si riappaino tra di loro e

che inizino una nuova sintesi.

Questi fattori di inizio formano un complesso intermedio chiamato 48S, che sarebbe il 43S

formatosi precedentemente più l’mRNA.

Il complesso 43S riconosce l’mRNA circolarizzato quindi la subunità minore si lega all’mRNA

formando un complesso intermedio che prende il nome di 48S (43S di prima + mRNA).

A questo punto la subunità minore identifica come codone di inizio l’AUG più vicino al

cappuccio 5’.

Fase Allungamento della Traduzione

Nella fase di allungamento ci ritroviamo con un ribosoma che ha il primo amminoacido col

proprio tRNA nel sito P, ma il sito A è vuoto.

Fattore EF-Tu

Un tRNA carico del suo amminoacido entra nel sito A del ribosoma.

Il tRNA entra accompagnato da un fattore di allungamento chiamato EF-Tu (Elongation

Factor Tu).

1.​ Complesso ternario: EF-Tu si lega a tRNA caricato con un amminoacido specifico,

formando un complesso ternario tra EF-Tu, tRNA e l’amminoacido.

2.​ Legame con il ribosoma: successivamente, questo complesso ternario si lega al sito

A del ribosoma, dove avviene il riconoscimento e l’associazione corretta tra il codone

dell’mRNA e l’anticodone del tRNA. EF-Tu aiuta a garantire la corretta

corrispondenza tra il codone dell’mRNA e l’anticodone del tRNA carico di

amminoacido, favorendo così la precisione nella selezione del tRNA durante la

traduzione.

3.​ Idrolisi GTP: una volta che l’associazione corretta è avvenuta, l’EF-Tu idrolizza il

GTP, che fornisce l’energia necessaria per il processo, permettendo la corretta

incorporazione dell’amminoacido nel sito A del ribosoma.

4.​ Rilascio EF-Tu: EF-Tu viene rilasciato dal complesso di traduzione.

Formazione legame peptidico

La formazione del legame peptidico è il solo passaggio della sintesi proteica che non

richiede un ulteriore apporto di energia. L’energia viene fornita dalla rottura del legame tra

l’amminoacido e il tRNA (localizzato nel sito P).

Questa energia permette l’attacco nucleofilo da parte dell’N-terminale dell’amminoacido

presente nel sito A.

Il legame peptidico avviene tra il C-terminale del primo amminoacido (quello presente nel

sito P) e l’N-terminale del secondo amminoacido (quello presente nel sito A). Il dipeptide si

trova inizialmente nel sito A.

Translocazione del ribosoma: Fattore EFG

La translocazione del ribosoma è il processo con il quale si ha lo spostamento coordinato di

tutti i componenti nel complesso di traduzione.

Quando il dipeptide è presente a livello del sito A, un altro fattore di allungamento EFG

(anche questo una GTPasi) idrolizza il GTP consentendo al ribosoma di scivolare in avanti.

A questo punto il dipeptide legato al tRNA che si trovava nel sito A, si trova nel sito P perché

il ribosoma scivola e il t