1 Codice genetico, traduzione, sintesi proteica. 2 TRADUZIONE: sintesi di un polipeptide sulla base...

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Codice genetico, traduzione, Codice genetico, traduzione, sintesi proteicasintesi proteica

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TRADUZIONE: sintesi di un polipeptide sullabase dell’informazione geneticacontenuta in una molecola di mRNA

Si attua un cambio di linguaggio:da polinucleotidico a polipeptidico

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Codice geneticoCodice genetico

4 basi4 basi (A,C,G,U)(A,C,G,U) 20 aa20 aa

Codice a 1 lettera (4Codice a 1 lettera (411 combinazioni) combinazioni) 4 aa4 aa

Codice a 2 lettere (4Codice a 2 lettere (422 combinazioni) combinazioni) 16 aa16 aa

Codice a 3 lettere (4Codice a 3 lettere (433 combinazioni) combinazioni) 64 aa64 aa

Dobbiamo passare da un “alfabeto” a 4 lettere a uno a 20 lettereDobbiamo passare da un “alfabeto” a 4 lettere a uno a 20 lettere

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mRNAmRNA

Il codice è a triplette: 3 nucleotidiIl codice è a triplette: 3 nucleotidi 1 aminoacido1 aminoacidotraduzione

1 tripletta = 1 codone1 tripletta = 1 codone

Met Val Arg Tyr

codone

Codice geneticoCodice genetico

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19611961 Marshall Niremberg decodifica la prima triplettaMarshall Niremberg decodifica la prima tripletta

UUU = Phe (fenilalanina) (traduzione in vitro di un poli U)UUU = Phe (fenilalanina) (traduzione in vitro di un poli U)

19661966 la decodificazione è completatala decodificazione è completata

443 3 possibili combinazioni:possibili combinazioni:

64 codoni, di cui 64 codoni, di cui 61 sono codificanti e61 sono codificanti e 3 sono codoni di 3 sono codoni di STOPSTOP

Codice geneticoCodice genetico

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Aminoacidi e codoniAminoacidi e codoni 2020 sono gli aminoacidi che formano le proteine sono gli aminoacidi che formano le proteine

6161 sono le triplette o “codoni” codificanti del codice sono le triplette o “codoni” codificanti del codice

genetico universalegenetico universale

il codice genetico è “degenerato” (ridondante): più triplette il codice genetico è “degenerato” (ridondante): più triplette

codificano per uno stesso aa codificano per uno stesso aa

ma non è mai ambiguo (una tripletta codifica per un solo ma non è mai ambiguo (una tripletta codifica per un solo

aa)aa)

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Degenerazione: UUA, UUG, CUU, CUC, CUA, CUG codifica LeuDegenerazione: UUA, UUG, CUU, CUC, CUA, CUG codifica LeuNON ambiguità: UUA è solo Leu, AAA è solo LysNON ambiguità: UUA è solo Leu, AAA è solo Lys

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Il codice genetico è universaleIl codice genetico è universale

Il codice di traduzione è lo stesso per tutti gli organismi viventiIl codice di traduzione è lo stesso per tutti gli organismi viventi

AAAAAA

LysLys

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Un gene umano clonato in E. coli viene tradotto Un gene umano clonato in E. coli viene tradotto correttamentecorrettamente

Minigene (no introni)Minigene (no introni)

PlasmidePlasmideVettore d’espressioneVettore d’espressione

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Nel processo di TRADUZIONE sono coinvolti:Nel processo di TRADUZIONE sono coinvolti:

mRNA (RNA messaggero)mRNA (RNA messaggero)

tRNA (RNA di trasferimento)tRNA (RNA di trasferimento)

ribosomi (rRNA + proteine)ribosomi (rRNA + proteine)

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5’ UTR5’ UTR 3’ UTR3’ UTR

Funzione UTR (UnTranslated Region): Funzione UTR (UnTranslated Region):

regolazione espressione genica post-trascrizionaleregolazione espressione genica post-trascrizionale-Trasporto mRNA nucleo-citoplasmaTrasporto mRNA nucleo-citoplasma-Efficienza traduzioneEfficienza traduzione-Stabilità messaggero Stabilità messaggero

mRNAmRNA

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I ribosomiI ribosomi

Sono complessi ribonucleoproteiciSono complessi ribonucleoproteici(proteine + rRNA)(proteine + rRNA)in cui avviene la sintesi proteica ein cui avviene la sintesi proteica esono strutturati in due subunitàsono strutturati in due subunità

Tra le due subunità si inserisconoTra le due subunità si inserisconogli RNA messaggeri (mRNA)gli RNA messaggeri (mRNA)per essere tradottiper essere tradotti

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La lettura del codone su mRNA è affidata al tRNA, che La lettura del codone su mRNA è affidata al tRNA, che funge da adattatorefunge da adattatore

Ala

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Struttura tridimensionale del tRNAStruttura tridimensionale del tRNA

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La aminoacil-tRNA sintetasi lega l’aminoacido al corrispondenteLa aminoacil-tRNA sintetasi lega l’aminoacido al corrispondentetRNA.tRNA.Le cellule contengono 20 differenti aminoacil-tRNA sintetasi, una Le cellule contengono 20 differenti aminoacil-tRNA sintetasi, una per ogni aa.per ogni aa.

Phe

Phe

Phe

AAA

AAA

AAA

Phe

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Specificità della aminoacil tRNA sintetasiSpecificità della aminoacil tRNA sintetasi

Sito attivo dell’enzima

Ogni aminoacil-tRNA sintetasi lega un particolare aa a tutti i tRNA corrispondenti

a quell’aa (tRNA isoaccettori)

codoni His CAU CAC anticodoni His GUA GUG

Esistono 2 tRNA per l’His

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Aminoacidi e codoniAminoacidi e codoni

2020 sono gli aminoacidi che formano le proteine sono gli aminoacidi che formano le proteine

6161 sono le triplette o “codoni” del codice genetico sono le triplette o “codoni” del codice genetico universaleuniversale

esistono tanti tRNA quanti sono i codoni? esistono tanti tRNA quanti sono i codoni?

codoni Alaninacodoni Alanina

GCAGCA GCCGCC GCUGCU

GCGGCG

4 tRNA con anticodoni diversi per Ala?4 tRNA con anticodoni diversi per Ala?

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Inosina (modificazione di adenosina dopo sintesi di tRNA) è molto tollerante eInosina (modificazione di adenosina dopo sintesi di tRNA) è molto tollerante el’anticodone IGC è in grado di leggere tre dei 4 codoni per Alal’anticodone IGC è in grado di leggere tre dei 4 codoni per Ala

L’ultimo codone (GCG) sarà letto da un tRNA diversoL’ultimo codone (GCG) sarà letto da un tRNA diverso

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Esistono 61 codoni codificanti aa.Esistono 61 codoni codificanti aa.

Se ciascuna molecola di tRNA si appaiasse con il codone Se ciascuna molecola di tRNA si appaiasse con il codone

dell’mRNA utilizzando le regole dell’appaiamento canonico tra dell’mRNA utilizzando le regole dell’appaiamento canonico tra

basi complementari, sarebbero necessari 61 tipi di tRNA.basi complementari, sarebbero necessari 61 tipi di tRNA.

Poiché la maggior parte degli organismi ha < 45 tipi di tRNA Poiché la maggior parte degli organismi ha < 45 tipi di tRNA

(48 nell’uomo, 31 nei batteri), questo significa che alcuni tRNA (48 nell’uomo, 31 nei batteri), questo significa che alcuni tRNA

sono in grado di appaiarsi con più di un codone.sono in grado di appaiarsi con più di un codone.

Aminoacidi e codoniAminoacidi e codoni

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2020

Nel 1966 Crick propose l’ipotesi del vacillamento, per cui la Nel 1966 Crick propose l’ipotesi del vacillamento, per cui la

base in 5’ dell’anticodone (la prima), che si appaia con quella in base in 5’ dell’anticodone (la prima), che si appaia con quella in

3’ del codone (la terza) non è sottoposta alle strette regole della 3’ del codone (la terza) non è sottoposta alle strette regole della

complementarietà. Ciò permette un appaiamento meno preciso, complementarietà. Ciò permette un appaiamento meno preciso,

vacillante.vacillante.

Teria del vacillamento (wobbling)Teria del vacillamento (wobbling)

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61 codoni61 codoni 48 tRNA48 tRNA 20 aa20 aa

Aminoacidi e codoniAminoacidi e codoni

WobblingWobbling

1 tRNA 1 tRNA legge legge codoni codoni diversidiversi

tRNA tRNA isoaccettoriisoaccettori

Uno stesso aa Uno stesso aa può legarsi a può legarsi a tRNA diversi tRNA diversi

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I codoni: UAA, UAG, UGA sono dettiI codoni: UAA, UAG, UGA sono detti

codoni di terminazione o codoni nonsenso codoni di terminazione o codoni nonsenso perché non vengono riconosciuti da nessunperché non vengono riconosciuti da nessunanticodone complementare:anticodone complementare:

Sono segnali di terminazione della traduzioneSono segnali di terminazione della traduzione

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Traduzione 1. InizioTraduzione 1. Inizio

La subunità minore riconosce l’estremità 5’ del mRNA e scorreLa subunità minore riconosce l’estremità 5’ del mRNA e scorrefinchè trova AUG = codone di inizio. Richiama quindi finchè trova AUG = codone di inizio. Richiama quindi metmet-tRNA + -tRNA + subunità maggioresubunità maggiore

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Il ribosoma scorre in direzione 5’Il ribosoma scorre in direzione 5’3’, i codoni vengono decifrati 3’, i codoni vengono decifrati via via nel sito A, mentre al sito P il nuovo polipeptide crescevia via nel sito A, mentre al sito P il nuovo polipeptide cresce

Traduzione 2. AllungamentoTraduzione 2. Allungamento

P

P

A

A

5’ 5’

5’

3’

3’

3’

5’

3’

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L’attività peptidil transferasica della subunità L’attività peptidil transferasica della subunità

maggiore del ribosoma è dovuta al rRNA maggiore del ribosoma è dovuta al rRNA

Ribozima: RNA con attività cataliticaRibozima: RNA con attività catalitica

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Quando il ribosoma incontra un codone UAA o UAG o UGA Quando il ribosoma incontra un codone UAA o UAG o UGA non vi è nessun tRNA (anticodone) capace di decifrarlo: non vi è nessun tRNA (anticodone) capace di decifrarlo: il polipeptide nascente si stacca dal sito P.il polipeptide nascente si stacca dal sito P.

Traduzione 3. TerminazioneTraduzione 3. Terminazione

P A

Fattore di RilascioFattore di Rilascio

Si lega al codone di STOP Si lega al codone di STOP

idrolizza il legame tra ilidrolizza il legame tra il

polipeptide e il tRNApolipeptide e il tRNA

e promuove la dissociazionee promuove la dissociazione

delle subunità del ribosomadelle subunità del ribosoma

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http://student.ccbcmd.edu/~gkaiser/biotutorials/protsyn/images/translat.gif

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Molti ribosomi possono tradurre una stessa molecolaMolti ribosomi possono tradurre una stessa molecoladi mRNA contemporaneamente formando un poliribosomadi mRNA contemporaneamente formando un poliribosoma(o polisoma). In questo modo è possibile produrre molti(o polisoma). In questo modo è possibile produrre moltipolipeptidi in contemporanea a partire da una molecolapolipeptidi in contemporanea a partire da una molecoladi mRNAdi mRNA

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Nella cellula eucarioticaNella cellula eucarioticagli mRNA maturi che gli mRNA maturi che escono dal nucleo escono dal nucleo possono essere:possono essere:

AA)) tradotti da ribosomi tradotti da ribosomi liberi nel citoplasma liberi nel citoplasma proteine per uso internoproteine per uso interno

BB)) da ribosomi associati da ribosomi associati al RER (reticolo al RER (reticolo endoplasmatico endoplasmatico rugoso)rugoso)proteine che verranno proteine che verranno secretesecrete

B A

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3030

Reticolo endoplasmatico e GolgiReticolo endoplasmatico e Golgi

REL

RERSintesiSintesiproteicaproteica

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Le proteine destinate alla secrezione vengono sintetizzate Le proteine destinate alla secrezione vengono sintetizzate inizialmente dai ribosomi liberi nel citosolinizialmente dai ribosomi liberi nel citosol

Queste proteine possiedono una una breve sequenza leader (c.a. 25 Queste proteine possiedono una una breve sequenza leader (c.a. 25 aa) all’inizio del polipeptide, che viene riconosciuta da un complesso aa) all’inizio del polipeptide, che viene riconosciuta da un complesso proteico che si trova sulla superficie del reticoloproteico che si trova sulla superficie del reticolo

Il ribosoma associato all'mRNA viene agganciato al RE, dove Il ribosoma associato all'mRNA viene agganciato al RE, dove finisce di tradurre la proteina, la quale viene trasferita direttamente finisce di tradurre la proteina, la quale viene trasferita direttamente nel lume del reticolonel lume del reticolo

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Una volta sintetizzate le catene polipeptidiche subiscono Una volta sintetizzate le catene polipeptidiche subiscono

varie varie modificazioni post-traduzionalimodificazioni post-traduzionali mediante le quali mediante le quali

si trasformano in proteine funzionantisi trasformano in proteine funzionanti

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Es: l’insulina viene sintetizzata sul REREs: l’insulina viene sintetizzata sul RERDopo traduzione subisce modificazioni nel RER e nel GolgiDopo traduzione subisce modificazioni nel RER e nel Golgi

Modificazioni post-traduzionaliModificazioni post-traduzionali

proteolisiproteolisi proteolisiproteolisi

Ponti disolfuroPonti disolfuro