Corso di biologia animale

AUU GAG GAU SI

1 2 3

AUU GAG GAU NO

4) Il codice genetico è degenerato ma non ambiguo, le 64 triplette ottenute dalle diverse

combinazioni fanno si che alcuni amminoacidi siano codificati da due o più triplette

diverse, per questo si dice che il codice genetico è degenerato. Triptofano (UGG) e

Metionina (AUG) sono gli unici che sono codificati da una sola tripletta.

Tuttavia il codice genetico non è ambiguo perché un dato codone può specificare un

solo amminoacido.

5) Ha dei segnali di inizio e di terminazione:

- AUG: codone di inizio.

- UAA; UAG; UGA: codoni di stop. Non codificano per nessun amminoacido.

44

4) Il codice genetico è (quasi) universale, tutte le specie viventi sul nostro pianeta

condividono lo stesso codice genetico. Vi sono alcune eccezioni nei mitocondri e nei

cloroplasti, tuttavia il significato di queste differenze non è ancora chiaro, quello che è

chiaro è che le eccezioni sono davvero poche.

- La traduzione del codice genetico è mediata dai tRNA e dai ribosomi:

La traduzione dell’mRNA in proteine richiede una molecola che faccia da intermediario

tra l’informazione contenuta in ogni codone dell’mRNA e uno specifico amminoacido.

Questa funzione è svolta da un insieme di RNA transfer. Devono avvenire due eventi:

- ogni diverso codone dell’mRNA deve essere letto correttamente da uno specifico tRNA.

- Il tRNA deve trasportare l’amminoacido che corrisponde allo specifico codone dell’mRNA.

Gli RNA transfer trasportano amminoacidi specifici e si legano a specifici codoni

Esiste una molecola di tRNA specifica per ognuno dei 20 amminoacidi. Ogni tRNA svolge

tre funzioni:

- I tRNA si legano ad amminoacidi specifici. Ogni tRNA si lega ad uno specifico enzima

che “carica” sul tRNA uno solo dei 20 amminoacidi possibili all’estremo 3’ del tRNA.

- I tRNA si legano all’mRNA. Circa a metà della catena polinucleotidica che costituisce il

tRNA si trova una tripletta detta anticodone, complementare al codone dell’mRNA che

specifica il particolare amminoacido portato da quel tRNA. Il codone e l’anticodone si

uniscono mediante legami idrogeno, non covalenti.

- I tRNA interagiscono con i ribosomi. Sulla sua superficie il ribosoma ha vari siti che si adat-

tano alla struttura tridimensionale del tRNA. L’interazione tra il ribosoma e il tRNA non è

covalente.

Il tRNA attivato (amminoacil-tRNA):

L’amminoacil-tRNA ha una struttura a trifoglio, l’amminoacido è attaccato al tRNA

mediante il suo gruppo carbossilico all’estremità 3’, e quindi all’ossidrile dello zucchero del

nucleotide. L’aminoacil-tRNA trasporta l’amminoacido corrispondente al proprio

anticodone. L’anticodone è complementare al codone dell’mRNA.

La parte verde nel disegno

rappresenta la tripletta ACC che

è sempre uguale in tutti i tRNA.

La parte gialla nel disegno è il

sito he viene riconosciuto da un

enzima specifico che vi carica il

giusto amminoacido.

La parte blu nel disegno è

l’anticodone.

Infine la parte rossa nel disegno

è quella che serve per prendere

contatto con il ribosoma.

Il caricamento di ciascun tRNA con l’amminoacido corretto è mediato da una famiglia di

enzimi noti col nome si amminoacil – tRNA sintetasi, ognuno di questi enzimi è specifico

per un amminoacido e per il tRNA corrispondente.

45

- Formazione dell’aminoacil – tRNA e attacco dell’amminoacido: fase ATP dipendente

L’enzima amminoacil – tRNA

sintetasi utilizza energia per

caricare l’amminoacido al tRNA.

Le cellule contengono una

aminoacil – tRNA sintetasi per

ciascun amminoacido da

caricare sullo specifico tRNA.

A seconda dell’anticodone

ciascun tRNA viene caricato con

uno specifico amminoacido.

La reazione sfrutta l’ATP per for-

mare un legame ad alta energia

tra l’amminoacido e il tRNA;

l’energia di questo legame viene

poi usata per la formazione dei

legami peptidici tra gli ammi-

noacidi della catena polipepti-

dica i crescita. Si viene a formare

il tRNA arrivato (amminoacil-

tRNA).

- I ribosomi: Il ribosoma è fatto di 2 subunità: una

piccola (subunità minore) ed una

grande (subunità maggiore), sia che

si parli di eucarioti che di procarioti.

Ha un peso molecolare elevato, in

quello procariotico 2.500.000D, in

quello eucariotico 4.500.000D.

Negli eucarioti, la subunità grande del

ribosoma consiste di 3 differenti RNA

ribosomiali (rRNA) e di circa 49

proteine. La subunità piccola consiste

di una molecola di rRNA e di circa 33

proteine. Le due subunità e altre

dozzine di molecole si uniscono

tramite interazioni non covalenti.

Quando non è attivamente impegnato nella traduzione dell’mRNA, il ribosoma si trova

nella forma delle due subunità separate. Nella subunità grande vi sono 3 siti su cui si può

legare un tRNA: i siti A, P ed E il tRNA caricato passa attraverso i 3 siti nell’ordine appena

descritto:

• Il sito A (da amminoacido) è quello in cui l’anticodone del tRNA caricato si lega ad un

particolare codone nell’mRNA, poizionando in questo modo l’amminoacido corretto da

inserire nella catena polipeptidica in crescita.

• Il sito P (da polipeptide) è il sito in cui il tRNA addiziona il suo amminoacido alla catena

polipeptidica.

• Il sito E (da exit, uscita) è il sito in cui risiede il tRNA, ormai scaricato del suo amminoacido

prima di essere rilasciato dal ribosoma e fare ritorno nel citoplasma. Una volta tornato nel

citoplasma può caricarsi di un altro amminoacido e il processo ricomincia.

La funzione del ribosoma è in pratica quella di fare in modo che un tRNA che porta

l’anticodone corrispondente ed è caricato del suo amminoacido si leghi sul codone

appropriato dell’mRNA. Fra le coppie di basi si formano legami a idrogeno.

46

Differenze tra ribosomi eucariotici e procariotici:

L’RNA contenuto nei ribosomi è detto RNA ribosomiale rRNA.

I geni per gli rRNA sono ripetuti in più copie (in tandem): nell’uomo i geni per gli RNA sono

nei cromosomi 13, 14, 15, 21 e 22 (ci sono circa 280 copie). Ciascuno contiene dei tratti

utili per l’RNA ribosomiale e altri non che verranno eliminati in quanto non servono.

I geni per rRNA 5S sono ripetuti in tandem sul cromosoma 1 (circa 2000 copie).

Si necessitano più copie identiche perché le proteine sono alla base di tutte le funzioni

cellulari e questo permette di produrne di più in minor tempo. Questi geni servono anche

per produrre gli istoni, proteine che servono per formare la cromatina.

Esistono vari tipi di RNA ribosomiale (vedi sopra), uno di questi in particolare catalizza la

formazione del legame peptidico tra gli amminoacidi e quindi è importante per la

formazione del polipeptide.

Formazione del legame peptidico ad opera della peptidil transferasi sul ribosoma:

Il centro peptidil – transferasico è la subunità maggiore del ribosoma. In questa

operazione intervengono gli rRNA 5S e 23S che catalizzano il legame peptidico. Quando il

legame peptidico si forma il gruppo carbossilico del primo amminoacido e il gruppo

amminico del secondo si devono legare con la perdita di una molecola di acqua.

L’amminoacido è legato al tRNA tramite gruppo carbossilico. Quando si forma il legame

peptidico, questo gruppo carbossilico si deve staccare dal tRNA perché forma il legame

peptidico con il secondo amminoacido, che ha il gruppo amminico libero e quindi può

formare il legame peptidico, però a sua volta ha il gruppo carbossilico che lo tiene

attaccato al tRNA

Il primo amminoacido di una proteina sintetizzata è sempre la metionina (nei batteri la

fenil metionina → fMET), perché la tripletta d’inizio è AUG che codifica per questa proteina.

- Le fasi della traduzione:

Fase GTP – dipendente: sono processi che comunque richiedono energia ma, questa

volta, il nucleotide usato non è più l’ATP ma il GTP.

Le fasi della traduzione sono sempre tre: inizio, allungamento e terminazione.

47

1 – Fase di inizio: La traduzione dell’mRNA

incomincia con la formazione di

un complesso di inizio costituito da

un tRNA caricato con

l’amminoacido destinato a essere il

primo della catena polipeptidica e

da una subunità ribosomiale

minore, entrambi legati all’mRNA.

Per prima cosa l’rRNA della

subunità ribosomiale minore si lega

a un sito di legame complementare

lungo l’mRNA, situato «a monte»

(verso l’estremità 5') del codone

che dà effettivamente inizio alla

traduzione.

Il codone di inizio nell’mRNA, nel

linguaggio del codice genetico, è

AUG Per complementarietà delle

basi, l’anticodone di un tRNA

caricato con metionina si lega a

questo codone di inizio e con ciò si

completa il complesso di inizio. Perciò il primo amminoacido di una catena polipeptidica

è sempre la metionina, anche se non tutte le proteine mature portano questo

amminoacido come N-terminale; in molti casi, dopo la traduzione la metionina iniziale

viene rimossa da un enzima.

Dopo che il tRNA caricato con metionina si è legato all’mRNA, la subunità maggiore del

ribosoma si unisce al complesso. A questo punto il tRNA caricato con metionina scorre nel

sito P del ribosoma, mentre il sito A si allinea al secondo codone dell’mRNA.

Queste componenti (mRNA, due subunità ribosomiali e tRNA caricato con la metionina)

sono tenute insieme correttamente da un gruppo di proteine dette fattori proteici d’inizio

(IF). I fattori 1F e 3F si legano alla subunità minore del ribosoma e permettono alla subunità

di prendere contatto con l’mRNA. Il fattore 2F si lega al tRNA che trasporta la fMET e ne

permette l’interazione con il codone d’inizio. L’allontanamento degli 1F (idrolisi del GTP)

favorisce l’assemblaggio della subunità maggiore a quella minore per formare tutti e tre i

siti (A, P, E). L’individuazione del codone di inizio (AUG) è permessa dall’interazione della

subunità minore dell’rRNA 16S con una sequenza che precede AUG, detta sequenza di

Shine – Dalgarno attraverso dei legami ad idrogeno.

Nei batteri infatti i veri codoni di inizio AUG sono preceduti da una particolare sequenza

detta Shine – Dalgrano.

2 – Fase di allungamento:

L’allungamento procede così: nel sito A della subunità ribosomiale maggiore rimasto libe-

ro ent