Il flusso dell’informazionee il dogma centrale (Crick, 1958)

Garrett & Grisham

TraduzioneTraduzioneTraduzioneTraduzione

Trascrizione

La natura del codice genetico e la sintesi proteica

• Occorre tradurre il linguaggio “a quattro lettere” (basi) dell’RNAm in uno a 20 lettere (amminoacidi) delle proteine

• È richiesto un codice a triplette: 4 3 = 64, mentre 42 = 16 non basterebbe per codificare 20 amminoacidi. Un gruppo di tre basi codifica per un amminoacido.

• Il codice non è sovrapposto • La sequenza è letta da un punto di partenza fisso, senza

“punteggiatura” (interruzioni) • Il codice è degenerato (tranne Trp e Met, ogni

amminoacido può essere codificato da più triplette)

Il codice genetico non è sovrapposto

Codice non sovrapposto

Codice sovrapposto

Una sequenza teoricamente può essere letta in più modi

con diversi moduli o “frames” di letturaQuesto accade per alcuni virus e

batteri

“Frame o griglia di lettura”, delezioni ed inserzioni

• “Gene” corretto:– THE BIG RED FOX ATE THE EGG

• Delezione:– THE IGR EDF OXA TET HEE GG..

• Inserzione:– THE IGR EDX FOX ATE THE EGG

• Una inserzione e una delezione ripristinano il corretto “frame di lettura”

Voet

Il codice genetico

Il codice genetico• Tutti i codoni (triplette) hanno un significato (61

codificano, tre sono codoni di terminazione)• Il codice non è ambiguo• Codoni che rappresentano lo stesso

amminoacido (sinonimi) o amminoacidi simili hanno spesso sequenza simile

• Spesso la terza base è irrilevante• Il codice genetico “standard” è largamente

diffuso, ma non universale• In alcune circostanze, un codone di terminazione

UGA codifica per la selenocisteina

La degenerazione protegge in parte dalle mutazioni

da: Champe

Mutazione silente

TACACCGAGGGACTAATT……

AUGUGGCUCCCUGAUUAA…

Nel DNA A al posto di C

Trascrizione

mRNA

Per la degenerazione del codice genetico non si ha cambiamento della tripletta,viene sintetizzata la stessa proteina

Met Trp Leu Pro Asp STOP

peptide

Mutazione di senso

TACACCGAGGGCCAAATT……

AUGUGGCUCCCGGUUUAA…

Nel DNA A al posto di T

Trascrizione

mRNA

si ha cambiamento della tripletta, viene viene modificato il messaggio genetico

Met Trp Leu Pro Val STOP

peptide

Mutazione senso a livello dell’emoglobina

Gli RNA transfer (RNAt) servono da adattatori

tra RNAm e amminoacidi

Tripletta che codifica per un amminoacido

Adattatore

RNAt

Struttura dei tRNA

codon e anticodon sono antiparalleli

Interazione tra RNAt e

RNAm

L’attivazione degli amminoacidi richiede ATP

L’amminoacil-AMP è una anidride mista

Formazione dell’amminoacil-RNAt

La fenilalanina è selezionata tramite il suo codone

I ribosomi• Legano RNAm in modo che i codoni

interagiscano correttamente con gli anticodoni dell’RNAt

• Contengono siti per il peptide nascente (sito P) e per amminoacil-RNAt entrante (sito A)

• Favoriscono l’interazione con fattori proteici non ribosomiali

• Catalizzano la formazione del legame peptidico (ribozima)

• “Scorrono” in modo da tradurre i codoni in sequenza (traslocazione)

Una cellula procariotica

ribosomi

In Escherichia coli circa 20000 ribosomi/cellula

I ribosomi ocntngono l’80 % dell’RNA totale

Allungamento

Terminazione

• La terminazione è segnalata da tre triplette “senza senso” (che non corrispondono ad un RNAt; UAA, UAG, UGA)

• Quando al sito A c’è una tripletta “senza senso” , fattori di rilascio (RF) favoriscono la idrolisi del legame tra peptide e ultimo RNAt e la dissociazione delle subunità ribosomiali a spese di GTP

RF si lega

Il legame peptidil-RNAt si idrolizza

I componenti si dissociano

Polisomi

Gruppi di ribosomi che leggono lo stesso RNAm e rendono possibile la rapida traduzione di un messaggio

Direzione della traduzione

Modificazioni post-traduzionali delle proteine

Nei batteri c’è uno stretto accoppiamento fra trascrizione e

traduzione

Direzione della traduzione

Direzione della trascrizione

Negli eucarioti traduzione e trascrizione avvengono nel

nucleo e nel citoplasma

Problema degli eucarioti:

Le regioni codificanti dei geni deglieucarioti sono interrotte da sequenze che devono essere eliminate

Negli eucarioti

un problema

in più:lo splicing

Gli INTRONI possono essere

visualizzati ibridando mRNA

con DNA genomico

Decifrare il Codice!

1953: DNA structure (Watson 1953: DNA structure (Watson and Crick)and Crick)

1961: the genetic code 1961: the genetic code (Matthaei and Nirenberg)(Matthaei and Nirenberg)

…nel frattempo….

George Gamow – a Russian physicist, is excited by the George Gamow – a Russian physicist, is excited by the double helixdouble helix

The “RNA tie club”The “RNA tie club”

F. Crick fu il primo a venire a sapere

che il codice si legge a triplette

14.3 Studies by Nirenberg, Matthaei, and Others Led to Deciphering of the Code

14.3.1 Synthesizing Polypeptides in a Cell-Free

SystemMarshall Nirenberg (1927-) pioneered the use of cell-free

translation systemsNirenberg was a gator (‘48 B.S., ‘52 M.S.) who later

received a Ph.D. from Michigan and moved to the NIH

Triplet Binding Assay

Results of Synthetic

Copolymer Experiments

But … there isn’t only 1 code, but 16But … there isn’t only 1 code, but 16!!