Traduzione proteica

GTP.)

Però, per poter far sì che la

traduzione possa avvenire in maniera

corretta c’è bisogno che ci sia un

orientamento di tutte le

macromolecole che occorrono per la traduzione, perché all’interno del citosol non

vi è un tRNA e una molecola di messaggero e un ribosoma, ma ce ne sono decine di

migliaia, che di continuo devono esssere tradotti (gli RNAmessaggeri) e le proteine

sintetizzate. (slide 33)

Biologia lezione-5

Allora occorre un orientamento per mettere tutto insieme e permettere che

avvenga la traduzione:

Ciò avviene nei RIBOSOMI. I ribosomi sono delle strutture

sovramacromolecolari, composti

da proteine RNA ribosomiali, che

presentano delle differenze ma

sono simili dal punto di vista

strutturale, sia nei batteri che

negli eucarioti, quindi in tutti gli

organismi.

Invece i virus, che non sono

viventi e non sono capaci di

sintetizzare, non hanno dei

ribosomi, ma hanno bisogno,

quando il parassita occupa una

cellula, di utilizzare il macchinario replicativo trascrizionale, per la maggior parte

delle volte, ma non sempre, del DNA in particolare, della cellula ospite.

Abbiamo parlato di piccole differenze, dunque…

Le due subunità, maggiore e minore, del ribosoma, sono tenute insieme solo

durante la sintesi proteica. Quindi subunità, che non sono ingaggiate da un mRNA e

non sono in attiva sintesi di proteine, sono staccate tra di loro. Esse vengono

identificate tanto nei batteri quanto negli eucarioti in base al coefficiente di

sedmentazione (indicato con S).

Biologia lezione-5

Nella slide 36 osserviamo le due subunità 50 S e 30 S, rispettivamente maggiore e

minore, per i procarioti.

Quando si combinano insieme, il coefficiente di sedmentazione non sarà

esattamente la somma dei due. Stessa cosa vale per gli eucarioti, dove le due

subunità sono in maggiore taglia, perché gli RNA ribosomiali negli eucarioti sono 4,

mentre sono solamente 3 nei procarioti, ma il contenuto di proteine cambia

moltissimo: le proteine, nei procarioti, sono 31 per la subunità minore e 21 per

quella maggiore (slide 37), la lettera L (large) sta per la subunità maggiore e S (small)

per quella minore. Negli eucarioti sono 50 e 33 e quindi saranno più di 80 proteine,

che servono solo da un punto di vista strutturale.

(slide 37)

Biologia lezione-5

Questo è un esempio di RNA ribosomiale procariotico: si tratta di strutture

tridimensionali grandi, stabili e si trovano proprio nel nucleo, nella parte centrale

del ribosoma (non il nucleo della cellula).

Nella parte centrale bianca del ribosoma, le proteine sono organizzate in periferia,

perché nei ribosomi la componente enzimatica, la funzione enzimatica del ribosoma

per la formazione del legame peptidico non è ad opera di enzimi di natura proteica,

ma di natura ad RNA. Cioè gli RNA ribosomiali sono quelli che catalizzano la

formazione del legame peptidico. Si ritiene che il maggior contributo dal punto di

vista della catalisi enzimatica sia data nei procarioti dal 23 S e negli eucarioti dal 28

S come RNA ribosomiale. Gli RNA che hanno funzione enzimatica prendono il nome

di RIBOZIMI. Le proteine ribosomiali e gli RNA ribosomiali si associano a formare la

subunità maggiore e la subunità minore nel nucleo e poi come tali vengono

Biologia lezione-5

esportati nel citosol e queste due subunità restano separate finché non arriva un

mRNA, che viene riconosciuto come tale e può cominciare la traduzione in proteine.

Da un punto di vista strutturale gli RNA ribosomiali presentano 3 differenti tasche,

che sono identificate da una sigla:

- Il sito A sta per aminoacil ed è la tasca in cui entra il nuovo tRNA, che poi si

appaierà correttamente con il codone dell’RNA, che scorre lungo questa

fenditura in direzione 5’ --+ 3’ per essere letto dai tRNA.

- Il sito P peptidil dove si trova il tRNA, che ha già alcuni degli amminoacidi

della catena polipeptidica neonascente.

- Una volta che è arrivato il nuovo amminoacido nella catena nascente da P

sarà passata ad A, P sarà scarico con tRNA e andrà nel sito di Exit.

Biologia lezione-5

Prima di parlare di come avviene la sintesi proteica, dobbiamo soffermarci su

particolari interruttori molecolari, perché le proteine che sono coinvolte nella

sintesi proteica e che sono essenziali affinché essa avvenga, sono appunto

proteine che appartengono a quell’enorme famiglia proteica, che va sotto il

nome di “GPTasi monomerica”, i quali sono anche interruttori molecolari.

Perché sono delle GTPasi?

Perché sono proteine che possono

esistere in due differenti conformazioni:

legate al GTP e generalmente attive

quando sono legate ad esso o legate al

GDP però inattive. Chi governa il fatto che siano a

conformazione GTP o GDP?

Due proteine, che sono specifiche per ogni GPTasi monomerica: una è la GAP,

il quale è un fattore che serve ad attivare la defosforilazione, l’idrolisi del GTP,

quindi lo spegnimento della funzione della specifica GTPasi monomerica. Poi

quest’ultima deve essere riaccesa ad un certo punto e in questo caso

intervengono le cosiddette GEF, i fattori di scambio nucleotidico, guaninico,

perché non c’è fosforilazione di GDP in GTP ma viene tolto GDP ed è inserita

una molecola di GTP dalla cellula. Sono molto importanti nella traduzione ma

anche in tantissimi altri processi cellulari.

Ritornando un attimo alla struttura dei ribosomi possiamo già iniziare a

capire come avviene la sintesi proteica…

La struttura tridimensionale corretta dei ribosomi è

stata risolta mediante la cristallografia a raggi x alla

fine del 99.

Già a partire dal 2000 si inizierà a studiare la sintesi

proteica nel dettaglio.

Meccanismo generale: Sito E, sito P e sito A. (stessa

slide di prima)

Biologia lezione-5 Nel sito A arriva il nuovo tRNA carico che

deve essere inserito.

Nel sito P abbiamo legato i 3 amminoacidi

legati al tRNA, il codone sarà legato al tRNA

tramite il suo gruppo carbossilico; quindi,

l’altro avrà il gruppo amminico libero.

Avviene la reazione attraverso la quale si

forma il legame peptidico tra il 3 e 4 e quindi

passa su quest’altro tRNA.

A questo punto c’è uno slittamento della

subunità maggiore sulla minore, in maniera

che si riorganizzi il ribosoma facendo

passare il tRNA, che oramai è scarico, nel

sito di Exit e questo porta la catena

polipeptidica nascente nel sito P.

Si rende libero di nuovo il sito A e un nuovo

codone sull’RNA sarà presente al livello di

quel sito in maniera da poter legare un

nuovo tRNA e ripetere questa operazione

fino a quando non si incontra un codone di

stop, che indica il termine della sintesi

proteica.

nel sito A arriva l'aa carico

nel sito P abbiamo legato tre aa di cui l'ultinmo

presenta il gruppo amminico libero

avviene dunque il legame tra questo e quello presente

nel sito A, c'è uno slittamento della subunità maggiore

su quella minore e il trna scarico va nel sito exit,

quello appena legato nel sito p ed il sito a sarà libero

per accogliere nuovi aa finchè non giunge un segnale

di stop

Come per gli mRNA, anche per le proteine ci sono 3 fasi: inizio, elongazione e lo

stop, cioè quando la proteina è completamente sintetizzata e può interrompersi il

processo di sintesi proteica.

La prima fase, quella di inizio della traduzione, è una fase molto delicata, perché è

quella in cui deve avvenire il riconoscimento di tutti i pezzi che devono comporre

poi il processo di sintesi proteica.

Biologia lezione-5

Tutte le proteine cominciano ad essere tradotte a partire dal codone AUG, cioè la

metionina.

Il tRNA carico con la metionina, ovvero il tRNA INIZIATORE è legato ad una piccola

GTPasi monomerica, che prende il nome di eIF2, perché è uno dei fattori di inizio,

negli eucariotici e nei procariotici, della traduzione.

È opportuno che sia già lì (eIF2). Però abbiamo detto che …

Nel ribosoma finché non arriva l’RNA, il fattore non è associato a subunità maggiore

e minore, allora si posiziona sulla subunità minore del ribosoma.

Quindi quella è una situazione preesistente al fatto che arrivi un mRNA, perché

tRNA e metionina con il fattore eIF2, sa già che se lì si legherà un mRNA, da lì si

comincerà dalla metionina.

A questo punto però c’è anche un altro problema: l’mRNA è stato riconosciuto come

tale ed esportato dal nucleo. Adesso però, nel citosol, l’insieme a centinaia di

migliaia o addirittura milioni di altre macromolecole, tra cui tantissimi RNA, i cui

si parte dal codone AUG.IL tRNA iniziatore è legato alla GTPasi monomerica elF2 (fattore d'inizio). il fattore si

trova sulla subunità minore finchè non arriva l'mRNA. PROBLEMA: mRNA deve essere riconosciuto una volta

arrivato nel citosol e portato al ribosoma

Biologia lezione-5

messaggeri rappresentano circa il 4%, deve essere riconosciuto e portato al

ribosoma. Per fare ciò, ovviamente, come segnali di

riconoscimento, ci saranno poly-A e CAP. Le due

proteine che riconoscono il poly-A e il CAP sono

rispettivamente degli eIF4E, anch’essi CAP (CBP:

cap binding protein), che saranno quelli che

legheranno l’altra CAP e la legheranno insieme agli

eIF4G. Essi saranno in grado di interagire con

eIF4E, ma anche con i fattori legati al poly-A. L’RNA

viene ciclizzato, ovviamente per la traduzione

torna ad essere lineare, ma questo step è

importante in modo che quei due fattori capiscano

che quello è realmente un mRNA e che deve essere

portato al ribosoma, ma il ribosoma non è ancora

associato. Il tRNA metionina iniziatore si posiziona

sulla subunità minore e portiamo mRNA in questa

posizione, ancora legato alla CAP.

Però occorre ancora un altro step di controllo, in

cui entra in gioco, in maniera molto più diretta, il

fattore di inizio eIF2, perché bisogna fare una

scannerizzazione dell’mRNA, ma ancora non siamo

certi che sia tale.

Infatti, potrebbe essere un RNA che casualmente

ha una poly-A e magari il CAP non è un CAP, ma la

proteina lo ha riconosciuto ugualmente.

Per essere un mRNA, esso deve avere una

caratteristica: un codone di stop e un codone di

inizio devono essere distanziati in maniera logica.

elF4E riconosce CAP e polyA. Verrà legata a questi anche gli elF4G, che interagiscono con elF4E e con fattori legati al<