Biologia molecolare

Traduzione

La traduzione è la produzione di una proteina a partire dalle informazioni contenute in un mRNA. Le proteine sono costituite da 20 diversi amminoacidi. Le informazioni contenute nell'mRNA (acido nucleico) vengono prodotte in proteine (amminoacidi) tramite molecole di tRNA. I tRNA leggono l'mRNA appaiando 3 nucleotidi: la regione sul tRNA è l'anticodone e sull'mRNA è il codone. I tRNA portano ciascuno un amminoacido specifico all'estremità 3'. Gli amminoacidi sono attaccati ai tRNA dalla amminoacil-tRNA sintetasi. Gli amminoacidi attaccati ai tRNA sono uniti insieme in una catena. I ribosomi effettuano la traduzione hanno subunità piccole e grandi: la piccola subunità decodifica l'mRNA e la grande media le formazioni di legami chimici. I ribosomi sono circa 2/3 RNA e 1/3 proteine. I ribosomi si muovono da 5' a 3' lungo una molecola di mRNA. Le proteine sono sintetizzate ad una.

velocità di circa 15 aa al secondo, con un tasso di errore circa 10^-3 a 10^-4 (molto più soggetto a errori rispetto alla replicazione del DNA). I fattori di traduzione (spesso GTPasi) si associano ai ribosomi e aiutano nella traduzione. La traduzione si articola in 4 fasi principali: inizio, allungamento, terminazione e riciclo dei ribosomi.

Gli RNA di trasferimento (tRNA) decifrano gli mRNA e trasportano gli amminoacidi. I tRNA sono piccoli RNA di circa 75-94 nucleotidi. Ogni tRNA è specifico per un determinato amminoacido. La struttura del tRNA ha 4 regioni di RNA a doppio filamento, compresi 3 stem-loops. L'estremità 5' e 3' si appaiano formando lo "stelo accettore", con una coda CCA in 3' conservata che lega l'amminacido. Dalla parte opposta c'è l'ansa dell'anticodone che ha tre nucleotidi che si appaiano in modo antiparallelo con il codone nell'mRNA.

Così il tRNA forma un legame fisico tra l'mRNA e l'amminoacido corretto. Il tRNA ha nucleotidi modificati: per esempio, l'ansa DHU contiene la base diidrouridina. L'ansa TᴪC ha ribotimidina e pseudouridina. Circa il 10% delle basi sono modificate. Il tRNA è spesso disegnato come una struttura a trifoglio, realmente un tRNA ripiegato ha una forma a L. La "piegatura" ha alcune interazioni insolite, come le interazioni triple fra basi. Una purina ipermodificata si verifica subito dopo l'anticodone, per evitare che questo si accoppi con il codone in mRNA. Questo aiuta ad appaiare correttamente il codone e l'anticodone. Ogni codone a tripletta codifica per un singolo amminoacido (un codone di senso) o nessun amminoacido (codone di stop; codone non senso). I codoni di stop segnalano la fine della regione codificante dell'mRNA. Un codone a tripletta è il più semplice che può codificare tutti i 20 aa (64) un

Codice a doppietto2 potrebbe specificare solo 4 (cioè 16). Viene utilizzato ogni possibile codone, quindi alcuni amminoacidi sono codificati da più di un codone (codice degenerato). In molti casi, i primi due nucleotidi sono gli stessi e solo il terzo si differenzia (ad esempio CU-x per la leucina e GC-x per l'alanina). Un singolo tRNA non riconosce tutti i codici per un determinato amminoacido. I diversi tRNA che portano gli stessi amminoacidi sono chiamati isoaccettori. Il codone interagisce con l'anticodone le prime due posizioni → sull'mRNA (lettura da 5' a 3') sono lette da un rigoroso accoppiamento Watson-Crick con le posizioni 2 e 3 dell'anticodone. Nella terza posizione del codone, che interagisce con la posizione 1 dell'anticodone, sono consentite variazioni di accoppiamento: questo si chiama accoppiamento vacillante. L'accoppiamento vacillante permette alcune interazioni non canoniche, come G-U. A volte, l'inosina

è presente nell’anticodone, e questo puòaccoppiarsi con U, C o A. Questo accoppiamento vacillante significa chelo stesso tRNA può interpretare sia UUU che UUC, quindi significa che nonogni codone ha bisogno di un proprio tRNA, ci sono circa 40 tRNA per 61codoni.

Alcuni codoni sono usati più raramente di altri (questi sono chiamaticodoni rari), e questi tendono ad essere decodificati da tRNA più rari.

Il codice genetico è quasi lo stesso in tutti gli organismi: i codoni AUG disolito sono per la metionina e di solito ci sono tre codoni di arresto (UUA,UAG, UGA).

Inoltre, l’evoluzione ha conservato i codoni in modo che le mutazioni chemodificano l’amminoacido codificato di solito fanno sì che unamminoacido simile prenda il suo posto (come UUU fenilalanina in CUUleucina; entrambi sono idrofobici).

Ci sono eccezioni al codice universale ad esempio, i mitocondri decodificano AUA come metionina→(quindi ci sono due codoni

metionina invece di uno). In Mycoplasma, UAG codifica il triptofano invece di essere un codice di stop. Alcuni organismi interpretano i codici di arresto come un segnale per incorporare un amminoacido non standard come la selenocisteina.

Aminoacil-tRNA sintetasi L'aminoacilazione attacca gli amminoacidi ai tRNA. Ciò è fatto dalle aminacil-tRNA sintetasi in un processo in due fasi che richiede ATP. Questi enzimi catalizzano formazione di un legame acilico ad alta energia tra gruppo carbossilico dell'aa e il gruppo ossidrilico del 2' o 3' dell'adenosina terminale. L'enzima per un certo amminoacido è indicato come aaRS, ad esempio GlyRS (Glicil-tRNA sintetasi).

In primo luogo, l'amminoacido viene attivato dall'attacco di AMP. Si forma l'aminoacil-adenilato. Questo rilascia pirofosfato e fornisce energia per successive reazioni e formazione del legame peptidico.

L'amminoacil-adenilato attivato rimane attaccato all'enzima.

L'enzima trasferisce quindi l'amminoacido al 2' o 3' OH del ribosio dell'adenosina terminale sulla coda tRNA 3' CCA. Questo rilascia AMP. L'amminoacil-tRNA formato ha un aa chimicamente reattivo che permetterà il legame peptidico. Ci sono due classi di amminoacil-tRNA sintetasi, classe I e II, ciascuna con circa 10 membri. La classe I di solito riconosce il solco minore dello stelo accettore, la classe II il solco maggiore. La classe I attacca gli amminoacidi ai 2' OH del ribosio terminale, la classe II ai 3' OH (la migrazione tra questi due siti è però molto rapida, quindi non ha conseguenze biologiche). Le strutture proteiche delle due classi sono molto diverse pur avendo attività simile. Ogni amminoacido ha la sua aminoacil-tRNA sintetasi quindi in genere ce ne sono 20. L'amminoacido specifico con cui viene caricato un tRNA è indicato con un apice di tre lettere, come MettRNA. L'amminoacido.corretto per un tRNA è indicato come corrispondente. Il caricamento è accurato: meno di un errore per 10 eventi di caricamento. Le amminoacil-tRNA sintetasi riconoscono i tRNA per sequenza e caratteristiche strutturali (chiamate elementi di identità) situati principalmente nell'ansa dell'anticodone e nello stelo accettore. Gli amminoacidi corretti sono scelti in un processo in due fasi. La maggior parte delle aminoacil-tRNA sintetasi hanno un sito di aminoacilazione e un sito di editing, che si combinano per riconoscere l'amminoacido corretto. L'accuratezza è garantita tramite 2 passaggi: 1. Esclusione per dimensione, mantiene gli amminoacidi non corrispondenti troppo grandi fuori dal sito attivo 2. Editing pre/post trasferimento. Avviene in un sito di correzione che può accogliere l'amminoacil-adenilato (editing pre-trasferimento) o l'amminoacido dopo l'aggancio al tRNA (editing post-trasferimento). Se un amminoacidoviene respinto prima del trasferimento, l'amminoacil-adenilato (amminoacido attivato) viene idrolizzato. Se il rigetto avviene dopo il trasferimento, l'amminoacido viene scisso dal tRNA. Alcuni batteri e archea hanno meno di 20 sintetasi: di solito quelle per attaccare la glutammina (Gln) e l'asparagina (Asn) sono quelle mancanti. In questi casi, le sintetasi di aspartato e glutammato (AspRS e GluRS) hanno una doppia specificità per tRNAAsn e tRNAAsp, e tRNAGlu e tRNAGln rispettivamente. In seguito ad aminoacilazione di tRNAGln con glutammato per esempio, una amidotransferasi trasforma chimicamente la catena laterale dell'aa legato da acido ad ammide producendo le specie desiderate di tRNA legata a glutammina. Inoltre, il CysRS manca a Methanococcus jannaschii. Qui, una serina fosforilata è caricata e la cisteinadesulfurasi converte la serina attaccata in cisteina. Struttura del ribosoma i ribosomi catalizzano la formazione di legami peptidici tra gli

amminoacidi per formare le proteine codificando l'informazione portata dall'mRNA. La loro struttura è funzione è altamente conservata.

Sono particelle ribonucleoproteiche grandi (da 2,5MDa a 4MDa), circa 2/3 dei quali è l'RNA ribosomale (rRNA) e 1/3 di proteine (r-proteine).

I ribosomi hanno una subunità maggiore e una minore, ciascuna contenente r-proteine e rRNA.

Le subunità sono definite dalla velocità di sedimentazione espressa in Sevedberg: il ribosoma batterico è definito 70S, quello eucariotico 80S.

La subunità minore media le interazioni tra mRNA e tRNA.

La subunità maggiore catalizza la formazione del legame peptidico, ha un canale di uscita attraverso il quale emerge il polipeptide in crescita.

L'interfaccia tra le subunità è importante anche per il movimento di tRNA e mRNA durante l'allungamento della catena polipeptidica.

rRNA rappresenta l'80% dell'RNA cellulare.

È conservata soprattutto la struttura secondaria. Sono presenti le 4 basi canoniche più altre modificazioni post-trascrizione, le più comuni sono:

• Metilazione del ribosio in 2’ (2’ O-metilazione del ribosio)
• Pseudouridilazione (da uridina a paseudouridina) in cui il ribosio è legato in posizione 5 dell’uracile anziché la 1

Molte modifiche dell’rRNA si trovano in regioni importanti per la funzione del ribosoma. Gli rRNA nelle 2 subunità ribosomali sono suddivisi in domini: il 16S (18S negli eucarioti) ha 3 domini maggiori e uno minore, il 23S (o 28S) ha 6 domini, il 5S uno solo. La subunità maggiore nei batteri ha anche un secondo RNA, il 5S RNA, gli eucarioti hanno anche l’RNA 5,8S. Gli RNA ribosomali e le proteine sono altamente conservati in tutte le specie. r-proteine