7. Trascrizione e traduzione

TRASCRIZIONE

CODICE GENETICO

Nel passaggio da mRNA a proteine si ha un cambio di linguaggio, che viene

tradotto attraverso il codice genetico: le base azotate vengono raggruppate tre

a tre e identificano uno specifico amminoacido. Il messaggio da polinucleotidico

si trasforma quindi in un messaggio polipeptidico. I nucleotidi del DNA

necessari per specificare ciascun amminoacido sono tre, quindi abbiamo 64

parole. Gli amminoacidi sono 20 dunque ci sono più triplette che codificano per

un amminoacido e 3 non codificano per nessun amminoacido e sono i segnali

di stop per la traduzione. Quindi ci sono:

- 61 codoni senso;

- 3 codoni non senso (quelli di stop).

Il codice genetico:

- va letto senza punteggiature,

- non è sovrapposto (ogni nucleotide è parte di una sola tripletta),

- è universale, (esiste un solo codice in quasi tutti gli organismi),

- non è ambiguo (ogni codone specifica per un solo amminoacido),

- è degenerato (più triplette codificano per uno stesso amminoacido).

TRASCRIZIONE

La RNA polimerasi che funziona da elicasi, si unisce a delle particolari sequenze

(promotore) che indicano quali dei due filamenti deve essere trascritto e il

punto da cui iniziare la trascrizione. Si ha la formazione di un filamento, che si

forma su un filamento di DNA parentale. Nei procarioti c’è solo una RNA

polimerasi, negli eucarioti invece si hanno tre RNA polimerasi:

- RNA polimerasi I risiede nel nucleolo e sintetizza gli rRNA 18S, 5,8S e

28S;

- RNA polimerasi II risiede nel nucleoplasma e sintetizza l’mRNA;

- RNA polimerasi III risiede nel nucleoplasma e sintetizza il tRNA e l’rRNA.

L’allungamento avviene con l’aiuto di proteine che disassemblano e

riassemblano i nucleosomi. Il filamento di RNA viene allungato in direzione

5’3’. Alcune RNA polimerasi hanno un’attività esonucleasica che permette di

correggere eventuali errori.

Nei procarioti, l’allungamento termina quando l’RNA polimerasi copia un

particolare sequenza, segnale di terminazione. Due meccanismi:

- Hairpin loop (struttura a forcina) vicino all’estremità 3’ corta sequenza GC

seguita da molti UA;

- Rho-dipendente: enzima ATP dipendente che legge sequenze di

terminazione, svolge e dissocia l’RNA dal DNA.

Negli eucarioti, la terminazione ha segnali diversi per le diverse RNA

polimerasi:

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CITOLOGIA E ISTOLOGIA 23 ottobre

- Nella RNA polimerasi I: il segnale di è rappresentato da 18 nucleotidi sulla

catena di RNA nascente;

- Nella RNA polimerasi II: i trascritti vengono tagliati 10-35 nucleotidi a

valle di una sequenza AAUAAA;

- Nella RNA polimerasi III: una corta sequenza di U.

MATURAZIONE mRNA

Tutti gli RNA vengono prodotti e sono inizialmente immaturi. Gli mRNA

procariotici sono sintetizzati pronti per la traduzione e spesso durante la sintesi

già legati a ribosomi. Gli mRNA eucariotici sono prodotti nel nucleo e sono

molto lunghi. Negli eucarioti gli mRNA contengono sequenze presenti nel

trascritto primario che sono appaiono nell’mRNA maturo, sono gli introni.

Il pre-mRNA degli eucarioti sintetizzato rimane 10’ nel nucleo dove subisce la

rimozione di sequenze nucleotidiche e l’aggiunta di:

- Un cappuccio metilato all’estremità 5’: favorisce il trasporto fuori dal

nucleo, la protegge dalle nucleasi e ruolo importante nel posizionamento

dell’mRNA sul ribosoma;

- Una coda poliA all’estremità 3’: protegge dalle nucleasi influenzando la

stabilità dell’mRNA, più è lungo il poliA maggiore è la vita media

dell’mRNA nel citoplasma, ne aiuta il riconoscimento da parte dei

ribosomi.

Nella maggior parte dei casi questo apparente spreco permette lo splicing

(taglia e cuci) alternativo dove un medesimo gene può codificare per diversi

polipeptidi (30.000 geni 100.000 polipeptidi).



MATURAZIONE tRNA

TRNA elemento di congiunzione tra l’mRNA e le proteine. Vi è un tRNA per ogni

amminoacido. L’appaiamento delle basi tra sequenze complementari causa il

ripiegamento della molecola (struttura a forcina).

MATURAZIONE rRNA

Il nucleolo è la sede della formazione e maturazione dei ribosomi. I geni che

codificano per gli rRNA 18S, 5,8S e 28S sono l’uno di seguito all’altro all’interno

di una singola unità di trascrizione (sicurezza di produrne uguale quantità) e

ciascun gruppo è ripetuto migliaia di volte (ridondanza genica). L’rRNA 5S è

prodotto altrove nel genoma e trascritto dalla RNA polimerasi III. La

maturazione del pre-rRNA è accompagnata dall’assemblaggio dell’RNA con le

proteine a formare le subunità ribosomiali.

SINTESI PROTEICA

Partecipano alla sintesi proteica:

- I ribosomi: che effettuano la sintesi polipeptidica;

- I tRNA: che allineano gli amminoacidi nell’ordine corretto lungo l’mRNA;

- Le amminoacil-tRNA sintetasi: che legano gli amminoacidi alle

corrispondenti molecole di tRNA;

- L’mRNA: che codifica le informazioni per la sequenza amminoacidica dei

polipeptidi da sintetizzare;

- Fattori proteici: che facilitano i diversi passaggi del processo.

Il ribosoma lega la sequenza nucleotidica vicino all’estremità 5’ dell’mRNA

posizionando la molecola per la traduzione del codone iniziale. La sequenza dei

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CITOLOGIA E ISTOLOGIA 23 ottobre

codoni sull’mRNA determina la sequenza degli amminoacidi nella catena

polipeptidica. Il ruolo di intermediari tra amminoacidi e mRNA è svolto dalle

molecole di tRNA. Hanno quattro siti di legame di cui due hanno elevata

specificità: una che lega uno specifico amminoacido ed una che riconosce uno

o più codoni attraverso un anticodone. Quando un amminoacido si è legato il

tRNA viene definito carico e l’amminoacido è definito attivato. Il numero dei

tRNA è di gran lunga inferiore ai 61 codoni perché alcuni tRNA richiedono un

appaiamento accurato solo per le prime due posizioni del codone e tollerano un

appaiamento scorretto (oscillante) in terza posizione. L’appaiamento meno

rigido della terza base codone-anticodone permette un vacillamento che

consente appaiamenti inattesi. Così una singola molecola di tRNA può

riconoscere più di un codone ma i differenti codoni riconosciuti da un

determinato tRNA codificano sempre per lo stesso amminoacido per cui il

vacillamento non causa l’inserimento di amminoacidi sbagliati. Le amminoacil-

tRNA sintetasi legano gli amminoacidi ai corrispondenti tRNA e catalizzano il

legame tra il gruppo carbossilico dell’aminoacido e il 3’-OH del tRNA.

L’amminoacido viene attivato per la successiva formazione del legame

peptidico. Sono 20, uno per ogni amminoacido. Le amminoacil-tRNA sintetasi

riconoscono il corretto tRNA attraverso il riconoscimento delle differenti

sequenze di basi in almeno due regioni del tRNA. L’amminoacil-tRNA sintetasi

controlla il prodotto finale e rilascia l’amminoacil-tRNA che carico

dell’amminoacido giusto è libero di legarsi al ribosoma.

TRADUZIONE

La traduzione è un processo a tappe sequenziali in cui la sintesi dei polipeptidi

procede dall’estremità N-terminale a quella C-terminale. L’mRNA viene tradotto

nella direzione 5’3’. La traduzione consiste in 3 fasi:

- Inizio: l’mRNA si posiziona correttamente tra le due subunità del

ribosoma. In questa fase intervengono numerosi fattori proteici detti eIF

(fattori di inzio eucariotici) che aiutano nel posizionare correttamente il

ribosoma sul filamento di mRNA. Diviso in tre sottofasi:

Legame degli IF alla subunità ribosomiale 30S;

o Legame del tRNA iniziatore e dell’mRNA alla subunità ribosomiale

o 30S;

Legame della subunità ribosomiale 50S.

o

- Allungamento: gli amminoacidi vengono portati dai tRNA e quindi uniti da

legami peptidici, portando all’allungamento della catena polipeptidica.

Tre sottofasi:

Legame dell’amminoacil-tRNA;

o Formazione del legame peptidico;

o Traslocazione.

o

I fattori di allungamento non riconoscono i singoli anticodoni. Quale

meccanismo assicura che solo il corretto amminoacil-tRNA sia trattenuto

sul ribosoma? L’errore di appaiamento determina un legame transitorio,

una deformazione strutturale riconosciuta dal ribosoma. Il polipeptide

esce dal ribosoma attraverso un tunnel di uscita della subunità maggiore.

- Terminazione: si ha l’incontro con il codone di terminazione che porta alla

terminazione dell’allungamento della proteina e al distacco e

dissociazione del ribosoma. L’idrolisi del GTP è accompagnata dal rilascio

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