Genetica - Appunti

TRADUZIONE

Molecola di mRNA viene tradotta in proteina; ma i nucleotidi sono quattro e gli

amminoacidi venti e quindi si seguono le regole del codice genetico. La sequenza di

nucleotidi nella molecola di mRNA è letta in gruppi di tre; il codice è ridondante e alcuni

amminoacidi sono specificati da più di una tripletta. Un gruppo di tre amminoacidi nell'RNA

si chiama codone e specifica un amminoacido o un segnale di stop. I tRNA fanno da

adattatori ad amminoacido e codone, legandoli entrambi su due siti sulla loro superficie. I

tRNA ha una struttura a trifoglio che mostra molto bene gli accoppiamenti complementari

tra basi e questi creano la doppia elica. Quando il tRNA ha una struttura ad L ci sono due

regioni di nucleotidi non appaite alle estremità: l'anticodone è una serie di tre nucleotidi

che si lega con il codone complementare sull'mRNA; l'altra è una sequenza al 3' a cui si

lega l'amminoacido tramite amminoacil-tRNA sintetasi (ne esistono 20, una per ogni

amminoacido) che utilizza l'energia liberata dall'idrolisi di ATP; è il primo adattatore che si

incontra nella traduzione, il secondo è il tRNA stesso. Molti meccanismi controllano che si

uniscano correttamente, come il fatto che l'amminoacido corretto ha più affinità e quelli più

grandi non possano legarsi; un secondo controllo è quello idrolitico: il tRNA forza

l'amminoacido in una tasca della sintetasi che rigetta quello giusto ma fa passare quelli

correlati, che vengono idrolizzati da AMP e rilasciati. Prima che i tRNA possano andare nel

nucleo devono essere accorciati e passare per lo splicing, ma questi possono avvenire

solo se è ripiegato correttamente a trifoglio.

Una proteina viene sintetizzata dall'estremità N-terminale all'estremità C-terminale, che

rimane attiva grazie all'attacco a tRNA (si spezza ogni volta che viene aggiunto un

amminoacido ma si ricompone subito con quello nuovo). Così ogni amminoacido ha

energia per aggiungerne uno nuovo. La sintesi delle

proteine avviene nei ribosomi, formati da subunità

che si formano nel nucleolo da proteine ribosomali

e rRNA e che poi si assemblano nel citoplasma

(subunità minore: dove tRNA e mRNA si adattano;

subunità maggiore: dove si formano i legami

peptidici. Sulla subunità maggiore ci sono tre siti: P

(dove si associa il tRNA), A (dove si legano gli

amminoacidi al tRNA) ed E (dove il tRNA viene

rilasciato). Si inseriscono dei tRNA. Il sito A attende

l'arrivo di nuove triplette da codificare; il sito P tiene

salda la sequenza amminica rilasciandola solo quando A ha

sintetizzato un nuovo amminoacido). RNA polimerasi I produce 18s, 5,8s e 28s che

derivano da 45s; subunità maggiore sono 5,8s, 5s e 28s formano la 60s; 18s forma la 40s

che è la subunità maggiore. Si arriva a 80s che è il ribosoma. rRNA formano il nucleo del

ribosoma e il nucleolo è il sito di modificazione e aggregazione del ribosoma. Le due

subunità si uniscono solo quando deve essere sintetizzata una proteina; quando si

incontra un sito attivo l'mRNA viene tirato e si aggiungono amminoacidi, usando i tRNA

come adattatori, finchè non si incontra un codone di stop. Ci sono quattro passaggi: si lega

un tRNA; si forma un legame peptidico; si sposta la subunità maggiore e poi la subunità

minore, spostando così l'mRNA di tre nucleotidi e resettando il tutto. I fattori di

allungamento EF1 ed EF2 idrolizzano GTP e rendono la sintesi proteica molto più veloce,

oltre a controllare l'esattezza degli appaiamenti. La correttezza delle corrispondenze

codone-anticodone è applicata dal ribosoma tramite un meccanismo basato sull'RNA:

rRNA della subunità minore forma legami H con codone-anticodone e quando si ripiega,

solo se è corretto, scatena idrolisi di GTP.

Inizio della traduzione: il passaggio di inizio è l'ultimo punto in cui la cellula può decidere

se l'mRNA deve essere tradotto e la proteina sintetizzata. Il codone di inizio è AUG e serve

un tRNA iniziatore che porta metionina che associa all'estremità N-terminale (la prima

sintetizzata). Il complesso tRNA-metionina è caricato sulla subunità minore assieme ad

altre proteine che ne permettono l'assemblaggio; queste poi si staccano per lasciare posto

alla subunità maggiore. Si attacca un altro tRNA. È la subunità minore, legata ai fattori di

inizio, che cerca il codone AUG, ma non sempre si attacca al primo, secondo un

meccanismo chiamato leaky scanning che permette di produrre due o più proteine, che

differiscono per l'N-terminale, dalla stessa molecola di mRNA. Sequenza Coszach negli

eucarioti contiene AUG, funge da sequenza segnale. Nei procarioti c'è la Shine-Dalgarno

ed è l'analoga di Coszach. Servono per far riconoscere quale AUG utilizzare.

Fine della traduzione: segnalata dalla presenza di uno dei tre codoni di stop (UAA,

UAG,UGA) al ribosoma. I fattori di rilascio si legano al ribosoma e catalizzano l'aggiunta di

una molecola d'acqua, viene così liberata la catena polipeptidica e la proteina completa è

rilasciata nel citoplasma. Il ribosoma rilascia le due unità che sono pronte per una nuova

sintesi. I fattori di rilascio sono simili al tRNA e possono così entrare nel sito A per far

terminare la traduzione.

mRNA eucariotico: monocistronico

mRNA procariotico: policistronico

La catena polipeptidica passa da un ribosoma ad un altro, quando il primo ha tradotto

abbastanza mRNA, e si trovano sotto forma di poliribosomi. Questo permette di formare

molte più proteine in meno tempo. Perchè la sintesi proteica sia accurata è necessario un

dispendio di energia, ma anche quando è aggiunto un amminoacido errato o un tRNA

sbagliato si lega al ribosoma vi è dispendio extra di energia.

È necessario che mRNA errati non possano essere sintetizzati, per questo devono agire

meccanismi di controllo; il più efficace è la degradazione dell'mRNA mediata da nonsenso

ed entra in azione quando la cellula si rende conto che una molecola di mRNA ha un

codone nonsenso, cioè di stop, nel posto sbagliato. Man mano che la traduzione procede,

i complessi della giunzione degli esoni sono spostati dal ribosoma; quando si arriva

all'ultimo esone, se è presente un codone di stop e non ci sono più EJC, l'mRNA passa

l'ispezione e viene rilasciato nel citosol. Se invece sono presenti degli EJC quando

incontra il codone di stop, l'mRNA viene degradato. Alcune proteine si ripiegano appena

escono dal ribosoma, formando subito una struttura secondaria; da qui avvengono molti

aggiustamenti delle catene laterali e si può arrivare alla struttura terziaria non appena il

ribosoma rilascia il C-terminale. Le proteina hanno però bisogno di chaperoni molecolari

che le aiutino nel ripiegamento, cosicchè evitino di diventare vicoli ciechi mal ripiegati.

Molti sono chiamata proteine dello shock da calore, Hsp, e le più conosciute sono le

Hsp60 e le Hsp70. Sono simili perchè hanno affinità per le zone idrofobiche di proteine

non completamente ripiegate (sono le zone che creano più danni se esposte, perchè

possono formare grossi aggregati) e idrolizzano ATP, ma sono diverse sotto altri aspetti: le

Hsp70 si legano precocemente; le Hsp60 formano una botte in cui le proteine possono

entrare per ripiegarsi correttamente. Se i tentativi di ripiegare la proteina non vanno a buon

fine interviene la via proteolitica. Il proteasoma è una proteasi dipendente da ATP che

distrugge anche le proteine aberranti del reticolo endoplasmatico; il nucleo è un cilindro

cavo formato da quattro anelli eptamerici impilati, e ciascuna estremità è collegata ad un

complesso proteico che fa entrare le proteine da degradare nel nucleo e le svolge

idrolizzando ATP. Le proteine da degradare sono riconosciute dal proteasoma perchè sono

legate covalentemente ad una proteina chiamata ubiquitina. L'ubiquitina si lega alla

proteina bersaglio tramite un enzima attivatore dell'ubiquitina e enzimi che coniugano

l'ubiquitina; si forma così una catena di poliubiquitina legata ad una lisina della proteina

substrato. A volte alcune proteine devono essere degradate perchè si deve ristabilire un

equilibrio in base alle richieste della cellula (distruzione regolata).

Teoria del vacillamento: il codone, sull'mRNA, e l'anticodone, sul tRNA, per appaiarsi

devono essere complementari, ma è possibile che l'ultima delle tre basi, cioè quella al 5'

che si lega con il 3', non sia perfettamente giusta, e quindi il terzo legame vacilla, ovvero

non è forte e stabile come i due precedenti. Questo però non porta all'interruzione della

trascrizione e della traduzione e significa che sono necessari meno tRNA di quanti mRNA

ci sono (61), proprio perchè uno stesso tRNA può appaiarsi a più codoni.

Breve sintesi

Nel nucleo: inizio della trascrizione; cappuccio al 5', allungamento, splicing; taglio,

poliadenilazione, terminazione; esportazione

Nel citosol: degradazione dell'mRNA; traduzione; completamento della sintesi proteica,

ripiegamento della proteina; possibile degradazione della proteina

RNA

Lo zucchero è il ribonucleico e si lega con quattro basi: Uracile, Adenina, Citosina,

Guanina complementari tra loro. È una struttura a filamento singolo e lineare, flessibile,

cosicchè si possa ripiegare su se stessa se ci sono sequenze complementari. I trascritti di

RNA sono prodotti in massa e monouso, a differenza del DNA che è fisso.

RNA messaggeri (mRNA) sono molecole di RNA copiate dai geni del DNA che dirigono

• la sintesi di proteine

RNA ribosomali (rRNA) sono molecole di RNA che formano il nucleo dei ribosomi e

• catalizzano la sintesi proteica, maggior parte dell'RNA di una cellula

RNA transfer (tRNA) sono molecole di RNA che fungono da adattatori tra mRNA e

• amminoacidi durante la sintesi proteica

RASSEGNA DEL CONTROLLO DEI GENI

Differenziamento cellulare dipende da cambiamenti nell'espressione genica, non da

cambiamenti nella sequenza nucleotidica del genoma.

L'espressione genica può essere regolata in vari modi: controllo trascrizionale, controllo

delle modificazioni dell'RNA, controllo del trasporto e della localizzazione dell'RNA,

controllo traduzionale, controllo della degradazione dell'mRNA u e controllo dell'attività

delle proteine. Solo il primo assicura che non si sintetizzino intermedi superflui, tutti gli altri

sono post-trascrizionali.

MOTIVI CHE LEGANO IL DNA NELLE PROTEINE CHE REGOLANO I GENI

Regolazione genica nei procarioti: c'è una regione di controllo chiamata promotor