Dove

Come

Perchè

Cos’è la sintesi proteica

• La sintesi proteica è il processo che porta alla formazione delle proteine, a partire dall’unione degli AA, utilizzando le informazioni contenute nel DNA.

• Si tratta di un processo piuttosto complesso in cui intervengono vari “attori”

• Nelle sue linee fondamentali questo processo è identico in tutte le forme di vita, sia eucarioti che procarioti

• Come vedremo, il processo comincia nel nucleo (negli eucarioti) e termina nel citoplasma o nel reticolo endoplasmatico rugoso, nei ribosomi

Dove avviene

Gli “attori” – Il DNA

Nel DNA sono contenute le “istruzioni” per sintetizzare le diverse proteine

Ogni “porzione” di DNA che codifica per una specifica proteina è detta gene

Gli “attori” – Il DNA

Ad esempio, questo potrebbe essere il gene per l’insulina…

… e questo il gene per l’emoglobina

Gli “attori” – L’RNA

Nella sintesi proteica interviene un altro acido nucleico, l’RNA, presente in 3 forme diverse (ma a filamento singolo):

- l’RNA messaggero (mRNA)

- l’RNA ribosomale (rRNA)

- l’RNA transfer (tRNA)

L’RNA messaggero

l’RNA messaggero (mRNA) è una singola catena lineare di RNA che fa da tramite tra il nucleo e il citoplasma, trasporta quindi le informazioni contenute nel DNA ai ribosomi

L’RNA ribosomiale

L’RNA ribosomiale (rRNA) è il costituente principale (insieme ad alcune proteine) dei ribosomi, da cui il nome.

L’RNA transfer

L’RNA transfer (tRNA) è una particolare catena di RNA che viene rappresentato come un trifoglio...

Esistono molti tipi diversi di questo tRNA, almeno uno per ogni tipo di AA E’ costituito da due estremità, una superiore alla quale si aggancia l’Aa entrante ed una inferiore(anticodone)corrispondente alla tripletta del mRNA

Gli “attori” – Amminoacidi

La sintesi proteica richiede anche gli amminoacidi, cioè i “mattoncini” che, assemblati in sequenza, costituiranno le proteine

Ogni proteina si differenzia dalle altre per la sequenza, il numero ed il tipo di AA che la compongono

Gli “attori” – Amminoacidi

Tutte le nostre proteine sono costituite da solo 20 tipi di amminoacidi, un po’ come tutte le parole del nostro vocabolario sono formate utilizzando 21 lettere dell’alfabeto

Ala Alanina Gly Glicina Met Metionina Ser SerinaCys Cisteina His Istidina Asn Asparagina Thr TreoninaAsp Acido aspartico Ile Isoleucina Pro Prolina Val ValinaGlu Acido glutammico Lys Lisina Gln Glutammina Trp TriptofanoPhe Fenilalanina Leu Leucina Arg Arginina Tyr Tirosina

Gli “attori” – Amminoacidi

Una sequenza di amminoacidi, come questa…

GlyAla Met Val Tyr

… è un polipeptide.

Le proteine sono polipeptidi generalmente molto lunghi(più di 50 AA) e con un organizzazione anche molto complessa.

Gli “attori” – Ribosomi

Le “fabbriche” cellulari di proteine sono i ribosomi, piccoli organuli costituiti da due subunità.Alla più piccola si lega mRNA,alla più grande tRNA.

I ribosomi, come detto, sono costituiti da rRNA e proteine

Due molecole di rRNA più 34 proteine diverse

Una molecola di rRNA più 21 proteine diverse

Le fasi della sintesi proteica

Le fasi della sintesi proteica sono 2:

-La Trascrizione (che, negli eucarioti, avviene nel nucleo)

-La Traduzione (che avviene sui ribosomi)e a sua volta si distingue in:inizio allungamento e terminazione

La trascrizione(dal DNA all’RNA)Le nuove molecole di RNA vengono copiate utilizzando come stampo il DNA

Nella fase di trascrizione la doppia elica di una porzione di DNA viene dapprima svolta…

… ad opera di un enzima detto RNA-Polimerasi

La trascrizione

Lo stesso enzima apre la doppia elica…

… e inizia, utilizzando uno dei due filamenti come stampo, a costruire una molecola complementare di mRNA, aggiungendo uno alla volta i nuovi nucleotidi.

La trascrizione

Ecco un modello tridimensionale dell’RNA-Polimerasi N.B notare la complementarietà delle basi azotate

A

G

T

T

G

G

A

C

T

A

C

G

A

A

A

C

G

T

T

C

C

T

G

C

La trascrizione

Ad esempio, prendiamo una porzione di DNA come quella mostrata a sinistra

La trascrizione

Ad esempio, prendiamo una porzione di DNA come quella mostrata a sinistra

A

A

A

C

G

T

T

C

C

T

G

C

A

G

T

T

G

G

A

C

T

A

C

G

La trascrizione

Ad esempio, prendiamo una porzione di DNA come quella mostrata a sinistra

A

A

A

C

G

T

T

C

C

T

G

C

A

G

T

T

G

G

A

C

T

A

C

G

La trascrizione

Ad esempio, prendiamo una porzione di DNA come quella mostrata a sinistra

A

A

A

C

G

T

T

C

C

T

G

C

A

G

T

T

G

G

A

C

T

A

C

G

La trascrizione

Dopo la separazione dei due filamenti, l’RNA polimerasi comincia ad assemblare la catena complementare di mRNA…

A

A

A

C

G

T

T

C

C

T

G

C

A

G

T

T

G

G

A

C

T

A

C

G

La trascrizione

… utilizzando come stampo uno dei filamenti e secondo la complementarietà delle basi.

G

C

U

C

A

A

C

C

U

G

U

A

A

G

T

T

G

G

A

C

T

A

C

G

mRNADNA

La trascrizione

… La catena di RNA messaggero così formata...

G

C

U

C

A

A

C

C

U

G

U

A

La trascrizione

… La catena di RNA messaggero così formata...G

C

U

C

A

A

C

C

U

G

U

A

La trascrizione

… sarà una sorta di impronta “in negativo” del gene da cui si è originato…

… e migrerà verso i ribosomi liberi nel citoplasma o verso quelli attaccati al reticolo endoplasmatico rugoso, portando le istruzioni per la sintesi della proteina.

RNA messaggero

GCUCAACCUGUA

Dalla trascrizione alla traduzione

Il codice genetico

Ma come si fa a passare dal “linguaggio” degli acidi nucleici (che utilizza 4 “lettere”)…

… al “linguaggio” delle proteine (che utilizza 20 “lettere”)? Con la TRADUZIONE

Il codice genetico

Certo non può esserci una corrispondenza 1:1

Ma non è neanche possibile associare un amminoacido ad una coppia di basi azotate

Infatti le possibili coppie di basi sono 42 = 16 (AA, UU, CC, GG, AU, AC, AG, UA, UC, UG, CA, CG, CU, GA, GU, GC) troppo poche per poter codificare i 20 amminoacidi

Il codice genetico

Appare evidente, quindi, che il codice utilizzato si basa su triplette di basi…

… infatti 43 = 64 combinazioni sono più che sufficienti per codificare i 20 amminoacidi

Il codice genetico

Ed ecco quindi il codice genetico:

Ovviamente è ridondante: ci sono cioè più triplette che codificano per lo stesso amminoacido

Ci sono anche le triplette di inizio (AUG) e di stop (UAA, UAG e UGA) che determinano l’inizio e la fine di una sequenza polipeptidica

Il codice genetico

Il codice genetico è universale: praticamente tutti gli organismi viventi utilizzano questo stesso codice per tradurre una sequenza di basi azotate (il DNA e poi l’RNA) in una sequenza di amminoacidi (la proteina)

Ogni tripletta di basi sull’RNA è anche detta codone

La sintesi proteica

Avviene nei ribosomi e si svolge in tre fasi:

1. Inizio

2. Allungamento

3. Terminazione

Si svolge principalmente durante le fasi G1e G2 del ciclo cellulare

Fase d’inizio1. Si forma un complesso costituito da un ribosoma e una

molecola di mRNA

2. Dal citoplasma viene richiamato un tRNA con anticodone complementare al codone d’inizio AUG che porta l’AA corrispondente (metionina)

G C U C A U G C U G U A

CODONE D’ INIZIO

G C U C A U G C U G U AA

U

C

Me

ANTICODONE

Fase d’inizio• 3. Il tRNA porta l’AA iniziatore della catena metionina

che successivamente sarà liberato.• 4. Nel frattempo arriva un altro tRNA portante un altro

anticodone (per es.GAC)

G C U C A U G C U G U A

AU

C

Me

AU C

Me

G C U C A U G C U G U A

AG C

Le

Fase di allungamento• Il secondo tRNA entra nel ribosoma, fra i due AA si

realizza un legame PEPTIDICO ed il primo tRNA può lasciare il ribosoma, pronto per un nuovo viaggio

AU C

Me

AG C

Le

G C U C A U G C U G U AG C U C A U G C U G U A

AU

C

AG C

LeMet

La catena si allunga ancora

La tirosina si unisce alla leucina, si forma un legame

peptidco, il secondo tRNA può essere rilasciato e… così

via….

G C U C A U G C U G U A C

UA G

Metionina-Leucina-Tirosina

AG

C

Fase di terminazioneIn questo modo si viene a costruire un polipeptide sempre più lungo finché non si arriva ad un codone di stop (UAA, UAG, UGA) e la sintesi si interrompe poiché questi non hanno anticodoni corrispondenti.Il polipeptide è pronto, si stacca dal tRNA ed entrambi si allontanano dal ribosoma. Alcuni polipepetidi perdono poi la metionina che aveva avviato il processo.

Immagini e dati utilizzati per la realizzazione di questa presentazione provengono da alcuni siti, fra i quali:

http://www.psico.unitn.it/didattica/corsi/50042/

http://it.wikipedia.org/wiki/Sintesi_proteica

http://ogm.greenpeace.it/new/dogmacentrale.php

http://xoomer.virgilio.it/cyrano2510/flusso3.htm

Un interessante filmato che riassume la sintesi proteica è disponibile sul sito www.molecularlab.it nella sezione Multimedia.