Traduzione -riassunto per esame biologia e genetica prof. Cicchini-Maione canale D medicina

Negli eucarioti ,i ribosomi contengono 4 tipi di rRNA ed essendo i ribosomi formati da

2 subunità:

- Nella subunità più piccola è presente una singola molecola di rRNA 18S

- La subunità maggiore invece contiene 3 molecole di rRNA : 28S poi

5.8 S e 5S.

Il nucleolo è una struttura nucleare che è deputata alla sintesi dei

ribosomi(strutture presenti sia liberi nel citoplasma che ancorati al reticolo .

Dei 4 tipi di rRNA presenti nei ribosomi , i 3 più grossi cioè 18S 28S e

5.8S ,derivano dalla stessa molecola di rRNA sintetizzata nel nucleolo dalla

RNA POLIMERASI 1 detta pre-rRNA. Questa molecola pre-rRNA contiene

sequenze non formate da RNA dette spaziatori trascritti che sono separate

all’interno della catena dalle sequenze di rRNA .Dopo che è stata trascritta la

molecola di pre-rRNA ,essa subisce un processo di maturazione che comprende reazioni di

taglio per rimuovere gli spaziatori trascritti e rilascia i 3 rRNA maturi. Le

sequenze degli spaziatori trascritti vengono quindi degradati. La maturazione del

pre-rRNA nel nucleolo è accompagnata dall’unione dell’RNA ribosomiale con le proteine per

formare le subunità dei ribosomi che si uniscono solamento quando si lega all’mRNA per

la traduzione. Un ribosoma eucariotico completo è di 80S formato dalla sub

unità minore di 40S e quella maggiore di 60S.; quello procariotico 70S. L’rRNA

5S viene prodotto per maturazione di un diverso precursore.

TRASCRIZIONE E PROCESSAMENTO DI tRNA di trasporto Le

cellule sintetizzano vari tipi di tRNA ciascuno dei quali ha il compito di trasportare un

aminoacido specifico a uno o più codoni dell’mRNA. Tutte le molecole di tRNA hanno una

stessa struttura generale perché infatti : si verifica l’appaiamento delle basi

tra sequenze complementari situate in diverse regioni e ciò porta la molecola di tRNA a ripiegarsi in una

struttura secondaria detta STRUTTURA A TRIFOGLIO formata da diverse strutture a forcina (anse) . La

maggior parte dei tRNA è formata da 4 regioni con appaiamenti di nucleotidi mentre alcuni mostrano una

quinta regione a livello dell’ansa variabile. Nella struttura terziaria ha forma di L capovolta . I geni per i tRNA

vengono trascritti dalla RNA POLIMERASI 3 che portano alla formazione di una molecola pre-tRNA che

presenta sequenze aggiuntive alle due estremità 5 e 3 che vengono poi rimosse e poi all’estremità 3 viene

aggiunta la sequenza CCA e si ha la modifica delle basi lungo tutta la molecola. Ogni tRNA lega uno

specifico aminoacido e inoltre riconosce i codoni(sequenze di 3 nucleotidi) dell’mRNA perché possiede un

ANTICODONE ,cioè una particolare sequenza a 3 nucleotidi che si trova all’interno dell’ansa della

molecola di tRNA.L’amminoacido corretto viene legato al tRNA da un enzima detto amminoacil-tRNA

sintetasi tramite legame esterico e una volta legato,il tRNA viene detto AMMINOACIL- tRNA (o tRNA

carico). VACILLAMENTO: Inoltre l’insieme dei 61

codoni senso può essere letto da meno di 61 tRNA diversi a causa delle proprietà di appaiamento delle

basi nell’anticodone : es. G può appaiarsi con U o G e da qui U può appaiarsi con A o G e c’è anche I

(inosina) che può appaiarsi con A,U e G. Questo permette un appaiamento delle basi meno preciso detto

appaiamento vacillante. Le prime due basi sono sempre appaiate in modo corretto,mentre l’appaiamento

alla terza base è flessibile.

CODICE GENETICO : Con la scoperta dell’mRNA , ci fu la necessità di capire come la sequenza delle 4

basi (A,G,C,U) presenti nelle molecole di mRNA poteva specificare la sequenza di aminoacidi nelle

proteine. Essendoci 20 amminoacidi ,con le 4 basi disponibili quindi devono essere formati almeno 20

aminoacidi quindi si formulò un codice a 3 lettere perché così venivano generati 64 aminoacidi da 4^3.

Questa cosa non succedeva se il codice era a 2 lettere perché formava solo 16 aminoacidi. Ma essendo

solo 20 aminoacidi presenti in natura e avendo 64 codici possibili per codificare 4 aminoacidi (quindi in

eccesso), si arrivò alla conclusione che alcuni aminoacidi possono essere codificati da più di un codone.

CARATTERISTICHE DEL CODICE GENETICO (insieme di regole per creare una catena

polipeptidica):

• Il codice genetico è formato da triplette di nucleotidi : 3 nucleotidi dell’mRNA specificano un

aminoacido quindi ,ogni codone dell’mRNA che codifica per un aminoacido è formato da 3

nucleotidi

• Viene letto in modo continuo: l’mRNA viene letto in modo continuo ,3 nucleotidi per volta.

• Non è sovrapposto : l’mRNA viene letto a gruppi successivi di 3 nucleotidi

• È degenerato: tutti gli aminoacidi sono specificati da più di un codone tranne due (metionina AUG e

triptofano UGG )

• Contiene codoni di inizio e di terminazione: ci sono codoni specifici per iniziare e terminare le

catene polipeptidiche

• È universale : tutti gli organismi hanno lo stesso linguaggio genetico

Solamente 61 dei 64 codoni codificano per aminoacidi e questi codoni vengono detti CODONI SENSO. Gli

altri tre codoni –UAG,UAA,UGA - non codificano per nessuno aminoacido e in cellule normali non esiste

nessun tRNA che porta l’anticodone appropriato ,durante la sintesi proteica. Questi 3 codoni sono i

CODONI DI STOP detti anche CODONI NON SENSO o DI TERMINAZIONE e vengono usati per

segnalare la fine della traduzione di una catena polipeptidica. Il codone AUG (per la metionina) è quasi

sempre il CODONE DI INIZIO nella sintesi proteica sia nel procarioti che eucarioti. L’mRNA contiene a

entrambe le estremità sequenze che non vengono tradotte e che stanno prima dei codoni di inizio e fine.

TRADUZIONE o sintesi proteica

Visto che negli eucarioti,la trascrizione avviene nel nucleo mentre la traduzione avviene nel citoplasma,

l’mRNA deve essere prima esportato dal nucleo grazie a proteine che legano l’mRNA che contengono

SEGNALI DI ESPORTO NUCLEARE e dirigono l’mRNA attraverso i pori nucleari.La traduzione avviene sui

ribosomi nel citoplasma in cui l’mRNA viene tradotto in direzione 5’-3’ e il polipeptide viene prodotto

dall’estremità N-terminale a quella C-terminale.

Nel ribosoma ci sono 4 siti importanti per la sintesi proteica : - Un sito di legame per l’mRNA

e 3 siti dove si lega il tRNA :

• SITO A (amminoacilico) che lega ogni tRNA nuovo con attaccato il suo amminoacido

• SITO P dove risiede il tRNA che porta legata la catena polipeptidica in allungamento

• SITO E (uscita) dal quale i tRNA lasciano il ribosoma dopo che hanno scaricato i loro amminoacidi

Il processo di traduzione è suddiviso in 3 fasi :

- INIZIO : in cui l’mRNA è unito al ribosoma e posizionato per la traduzione grazie all’aiuto

di fattori di inizio proteici IF

- ALLUNGAMENTO : in cui gli amminoacidi vengono aggiunti e uniti da legami peptidici

dalla sequenza dei codoni nel mRNA

- TERMINAZIONE: in cui l’mRNA e il polipeptide appena prodotto vengono rilasciati dal ribosoma

INIZIO NEI PROCARIOTI: nei procarioti,l’inizio avviene quando la subunità minore del ribosoma legato a

fattori di inizio (IF1 e 3) si unisce all’mRNA che contiene il codone di inizio AUG. Il codone AUG da solo

non basta per indicare il punto in cui la subunità 30S deve legarsi all’mRNA e per questo motivo è

necessaria la presenza di una sequenza che sta prima di AUG nota come sequenza di SHINE-

DALGARNO ricca di A/G. [Sia nei procarioti che negli eucarioti ,AUG codifica per la metionina e perciò le

proteine iniziano con la metionina. In molti casi la metionina viene rimossa dopo la sintesi.]Nei batteri,il

tRNA iniziatore è il” tRNA f Met” che trasporta una forma di metionina modificata la

FORMILMETIONINA(fMet) in cui al gruppo amminico della metionina è aggiunto un gruppo formilico.

Questo tRNA viene portato da IF2 alla subunità 30S legata all’mRNA ,dove qui si lega al sito P (disponibile

solo per il tRNA iniziatore) .In seguito si lega anche la subunità 50S che causa il rilascio dei 3 fattori di

inizio.

INIZIO NEGLI EUCARIOTI :

l’inizio è simile a quello dei batteri ma sono presenti molti più fattori di inizio e si

distingue:

La metionina iniziatrice non è modificata

- Le sequenze di shine dalgarno non sono presenti

-

All’inizio, un fattore di inizio Efi2 lega il metionil -Trna iniziatore ,molto prima che si lega alla

subunità minore del ribosoma. Dopo che la subunità minore del ribosoma si è unita ai fattori con il

tRNA, essi si legano all’mRNA grazie all’aiuto di un altro fattore di inizio “eIF4f” ,il quale si è

legato al CAP all’estremità 5’ dell’mRNA . Una volta avvenuto il legame all’mRNA , la sub unità

minore scivola lungo l’mRNA e inizia la traduzione a livello del primo AUG che trova. Una comune

sequenza di inizio degli eucarioti è la sequenza di Kozak in cui è contenuta la tripletta AUG.

Quando il tRNA iniziatore si appaia con la sequenza di inizio, la subunità maggiore si unisce al

complesso con una reazione favorita dall’idrolisi di GTP(questo è legato ad un fattore di inizio).

ALLUNGAMENTO IN ENTRAMBI (PROCA. ED EUCA.)

Dopo che il tRNA iniziatore si è unito al codone di inizio AUG nel sito P del ribosoma, un altro

amminoacil tRNA appropriato si lega al codone dell’mRNA esposto nel sito A del ribosoma. Il

ribosoma mantiene i due amminoacil tRNA dei siti P e A nella posizione corretta affinché si può

formare il legame peptidico tra i due amminoacidi. Viene rotto il legame tra il la metionina e il suo

tRNA e una volta libera ,la metionina si lega all’aminoacido attaccato al tRNA nel sito A catalizzata

da un enzima detto peptidil - transferasi. Una volta che si è formato il legame peptidico ,nel sito P

rimane un tRNA privo di amminoacido mentre il tRNA nel sito A detto peptidil-tRNA è attaccato ai

primi due amminoacidi della catena polipeptidica .Durante l’allungamento si ha la traslocazione

ovvero quando il ribosoma si sposta di un codone lungo l’mRNA verso l’estremità 3’ . il tRNA

scarico si sposta dal sito P al sito E e viene rilasciato dal ribosoma dopo la traslocazione. Una

volta avvenuta la traslocazione ,il sito A si libera ed è pronto ad accogliere un nuovo amminoacil

tRNA che si legherà al nuovo codone dell’mRNA e continua l’allungamento.

TERMINAZIONE: La fine della traduzione viene segnalata da uno dei 3 CODONI STOP

( UAA,UAG,UGA) che non codificano per nessun amminoacido e per questo nella cellula non

esistono tRNA con i relativi anticodoni. Il ribosoma riconosce un codone di stop grazie all’aiuto di

proteine dett