Codice gentico e sintesi proteica, Biologia cellulare

Il codice genetico e la sintesi proteica. Espressione genica e cenni sulla sua regolazione. Cenni su

differenziamento e cellule staminali

La sintesi proteica comporta formazione di legami polipeptidici covalenti tra aminoacidi successivi. La

successione con cui gli amminoacidi sono legati covalentemente gli uni agli altri è dettata dalla sequenza

delle triplette presenti sull'mRNA e che è letta dai ribosomi che vi scorrono sopra. Il codice genetico definisce

la chiave di lettura che consente di tradurre in modo non ambiguo gli elementi da un linguaggio a un altro (da

aminoacidi a proteine). E' l'insieme di regole che servono per tradurre la sequenza nucleotidica del gene,

tramite la mediazione di mRNA, nella sequenza aminoacidica della proteina. Crick nel 1961 dedusse tramite

considerazioni matematiche il codice genetico deve essere costruito da triplette. Una corrispondenza 1 a 1

tra i due linguaggi è impedita dal fatto che 4 elementi sono insufficienti per codificare per 20. Una

corrispondenza di 4 elementi combinati a 2 a 2 (16) è anch'essa insufficiente per codificare 20 aminoacidi.

UAA, UAG, UGA sono codoni di stop; AUG è un codone di inizio. Caratteristiche del codice genetico:

sistema di codificazione a triplette; non ha punteggiatura; è ridondante e non ambiguo; universale; non

sovrapponibile; le triplette stop sono non senso; vacillamento della terza base. I tRNA sono i decodificatori

molecolari: devono avere un sito di attacco per l'aminoacido; devono essere riconosciuti da tRNA sinetasi

precise che leghino il corretto aminoacido; devono possedere una sequenza specifica, anticodone, che

possa legarsi al codone complementare presente sull'mRNA; devono essere riconosciuti dai ribsomi. Per

formare un complesso con il tRNA l'aminoacido deve essere prima attivato. L'attivazione consiste nella

formazione di un legame covalente tra il carbossile dell'aminoacido e il fosforo dell'ATP. Queste reazioni

sono catalizzate dell'enzima amino-acitil-tRNA-sintetasi; esistono tanti tipi di questi enzimi quanti aminoacidi

perciò ciascun enzima deve riconoscere sia il proprio aminoacido che tutti i tRNA ai quali deve essere

coniugato. I ribosomi mettono in contatto tra loro tutti i componenti dell'apparato di traduzione. Un'unità

ribosomiale è un aggregato di molecole di RNA e proteine. Un ribosoma è composto da una subunità

maggiore e una minore che possiedono circa 82 proteine e 4 legame molecole di RNA; possiede un sito di

legame per l'mRNA e tre per il tRNA (sito E, uscita; sito p, peptidico; sito A, aminoacilico). Un tRNA si adatta

al proprio sito di legame quando l'anticodone si appaia con un codone di mRNA. Nei batteri la sintesi

proteica inizia prima che si sia completata la sintesi di mRNA. Nei batteri si ha una sequenza di trascrizione

e traduzione accoppiate. Ogni molecola di mRNA è tradotta contemporaneamente da diversi ribosomi.

Complesso di inizio: una subunità ribosomiale minore si lega ad una molecola di mRNA; il sito di legame di

questa subunità riconosce specificatamente una sequenza nucleotidica sull'mRNA che corrisponde al

codone d'inizio. Una prima molecola di tRNA con l'anticodone UAC si appaia al codone di inizio AUG (scorre

sul ribosoma fino a che non trova il codone di inizio)(amminoacido metionina). L'arrivo della subunità

ribosomiale maggiore completa il complesso d'inizio. Riepilogando: l'aminoacido metionina si lega al tRNa

formando un complesso con la subinità minore del ribosma; il complesso si lega al 5' cap dell'mRNA fino a

che non raggiunge il codone di inizio AUG; la fase di inizio viene completata mediante il legame della

subunità minore. Fase di allungamento: un aminoacido-tRNA si lega al codone posizionato nel sito A; il

ribosoma catalizza la formazione di un legame peptidico tra il nuovo aminoacido e l'estremità carbossilica del

polipeptide in accrescimento; il tRNA del sito A è trasferito nel sito P, trascinando con se l'mRNA. Il tRNA che

occupa il sito P si sposta contemporaneamente nel sito E per poi staccarsi dal ribosoma. Durante il

trasferimento, il ribosoma sposta l'mRNA di un codone: il ribosoma è pronto per l'arrivo del tRNA successivo.

Riepilogando, in questa fase la catena polipeptidica si insrisce nel sito P; un nuovo tRNA con un

amminoacido si inserisce nel sito A mediante l'appaiamento complementare tra le basi dell'anticodone sul

tRNA e quelle del codone sull'mRNA; la catena polipeptidica in crescita si stacca dalla molecola di tRNA che

occupa il sito P e si unisce con un legame peptidico all'aminoacido legato al tRNA nel sito A; la catena

polipeptidica in formazione viene trasferita sul sito P e il tRNA non più carico lascia il rbosoma dal sito

E.Fase di termine: un fattore di liberazione si lega al complesso quando nel sito A viene a trovarsi un codone

di stop. Il fattore di liberazione distacca il polipeptide dal tRNA nel sito P liberando sia il polipeptide che il

tRNA. Il polipeptide viene rilasciato e le due subunità di separano.

1. Processo di trascrizione: l'RNA vine trascritto da uno stampo di DNA.

2. Maturazione dell'RNA: negli eucarioti il trascritto di RNA (pre-mRNA) subisce un processo di

maturazione per produrre l'mRNA che si sposta dal nucleo al citoplasma.

3. L'mRNA abbandona il nucleo e si lega al ribosoma

4. Attivazione dell'aminoacido: ogni aminoacido si lega al proprio tRNA secifico grazie all'aiuto di un

enzima specifico e al consumo di ATP

5. Traduzione: molecole di tRNA in successione si legano ai loro aminoacidi alla catena polipeptidica

mentre l'mRNA si muove attraverso il ribosoma, un codone alla volta. Una volta completato il

polipeptide è rilasciato dal ribosoma.

Nelle cellule attuali l'informazione fluisce dal DNA alle proteine e l'RNA funge da intermediario. Tuttavia

alcune reazioni importanti sono catalizzate da RNA si pensa che queste possano essere il residuo di un

mondo a RNA. Il DNA avrebbe sostituito l'RNA in quanto molecola più stabile per immagazzinare quantità

crescenti di informazione, mentre le proteine sarebbero subentrate all'RNA come componenti strutturali e

catalitiche.