Biologia Molecolare - Traduzione e Sintesi Proteica

Traduzione e sintesi proteica

La traduzione, o sintesi proteica, è il processo biochimico attraverso il quale l'informazione genetica contenuta all'interno dell'mRNA, sintetizzato durante la trascrizione, viene convertita in proteine che svolgono nella cellula tantissime funzioni. Ogni filamento di mRNA viene utilizzato come stampo per la sintesi di una specifica proteina.

mRNA e codoni

L'mRNA è il trascritto di un gene nel linguaggio dell'RNA, che prevede 4 basi: A, U, C e G. La maturazione dell'mRNA è completa quando viene aggiunto in 5' il cosiddetto cap ed in posizione 3' la coda poliadenilica, insieme a diverse proteine associate al filamento, utili per l'esportazione dal nucleo e per il riconoscimento dell'avvenuta maturazione da parte delle cellule. La lettura avviene a livello del ribosoma, che legge le basi dell'mRNA a triplette, dette codoni. Considerato che le basi sono 4 e che un codone è costituito da 3 basi, esistono 64 tipi di codoni diversi, ognuno codificante per un aminoacido, ad eccezione di alcune triplette che indicano la fine della traduzione, chiamate codoni di stop, rappresentati da UAA, UAG e UGA, e che quindi non codificano per nessun aminoacido. Alcuni codoni codificano per lo stesso aminoacido, e solo 2 aminoacidi sono specificati da una sola tripletta, ovvero AUG per la metionina e UGG per il triptofano.

Ruolo dei ribosomi

Le particelle responsabili della sintesi proteica sono i ribosomi, organelli immersi nel citoplasma o ancorati al reticolo endoplasmatico rugoso, costituiti in parte da RNA, ed in particolare da RNA ribosomale rRNA, ed in parte da proteine. Essi sintetizzano le proteine leggendo le informazioni contenute in un filamento di mRNA.

Il ribosoma della cellula eucariota ha coefficiente di sedimentazione pari a 80 S, ed è costituito da molecole di rRNA e da proteine, che si associano a formare 2 subunità di dimensioni differenti: una subunità maggiore, con coefficiente di sedimentazione pari a 60 S, formata da circa 40 proteine e da 3 molecole di rRNA, una a 28 S, una a 5,8 S e una a 5 S, e una subunità minore, con coefficiente di sedimentazione pari a 40 S, costituita da circa 40 proteine e da un solo rRNA a 18 S. Gli rRNA sono sintetizzati a partire da geni di I tipo, ad opera della RNA polimerasi I. Gli rRNA 18 S, 5,8 S e 28 S vengono trascritti come un unico rRNA a 45 S, chiamato pre-rRNA, che viene successivamente splittato nei 3 frammenti funzionali.

Struttura e funzione del ribosoma

La struttura quaternaria del ribosoma è sempre costante, nonostante quella primaria possa essere diversa; l'importanza di una struttura quaternaria costante risiede nel fatto che gli rRNA sono uno dei pochi esempi di acidi nucleici ad attività enzimatica, ed è importante la loro struttura per consentire una catalisi corretta. La loro attività enzimatica è di tipo peptidil sintetasica, essendo responsabili della formazione dei legami peptidici della catena polipeptidica nascente. La struttura ribonucleica possiede un ruolo principale nel riconoscimento dell'mRNA e dei tRNA, per appaiamento di Chargaff. Le proteine costituenti il ribosoma sono importanti, ma in questo caso non partecipano né alla catalisi né al riconoscimento.

Siti di legame per i tRNA

Sul ribosoma sono presenti 3 siti di legame per i tRNA: il sito E, ovvero il sito di uscita dei tRNA; il sito P, sul quale viene legato il tRNA legante la metionina iniziatore del processo di traduzione, o il tRNA che trasporta la catena polipeptidica nascente; il sito A, sul quale viene alloggiato il tRNA avente l'aminoacido successivo da aggiungere. Tutti i 3 siti sono presenti nella subunità minore del ribosoma. La subunità maggiore, che verrà assemblata successivamente su quella minore, contribuirà a costituire il sito in cui alloggerà l'mRNA ed il sito catalitico dove avviene la reazione di allungamento della catena peptidica, a livello dell'interfaccia tra le 2 subunità. Tra il sito P ed il sito A, la struttura 5s della subunità minore si organizza formando una sella, importante perché separa stericamente in modo netto il codone dell'mRNA esposto nel sito P da quello esposto nel sito A, consentendo l'avanzamento dell'mRNA sicuramente in triplette, ed evitando errori di traduzione.

Traduzione polisomale

La lettura dell'mRNA avviene in forma polisomale, ovvero esso verrà tradotto contemporaneamente da più ribosomi, per aumentare la velocità di traduzione. Poiché la lunghezza del canale nel quale viene alloggiato l'mRNA è lungo circa 80 nucleotidi, 2 ribosomi disteranno tra loro di questa lunghezza; ne risulta una finale velocità di sintesi pari a 2-4 aminoacidi al secondo.

Sintesi del legame peptidico

La sintesi del legame peptidico avviene per trasferimento della catena peptidica legata al tRNA del sito P sul tRNA alloggiato nel sito A, trasportatore dell'aminoacido che deve essere inserito. Quindi il tRNA del sito P si trasferirà al sito E, mentre quello alloggiato nel sito A, avente adesso legata la catena polipeptidica, si trasferisce sul sito P. L'attacco avviene ad opera del gruppo amminico dell'aminoacido da aggiungere sul legame estereo tra la catena peptidica e il tRNA a cui essa è legata; ne consegue che la sintesi di una catena polipeptidica si svolge dal gruppo amminico verso quello carbossilico. È una reazione fortemente endoergonica, catalizzata dal legame acilico fortemente energetico tra il tRNA e la catena polipeptidica. Tale reazione è catalizzata dai nucleotidi della subunità maggiore, a dimostrazione del fatto che, ancora una volta, le proteine del ribosoma non prendono parte alla catalisi. Alcuni aminoacidi, tuttavia, per sostituzione ai nucleotidi, possono compiere la catalisi, rallentando però il processo ad una velocità di 0,5 aminoacidi al secondo aggiunti; questi aminoacidi fungono normalmente da canali elettronici che accelerano il processo di trasferimento.