Acidi nucleici – 7

presentazione del prof. Ciro Formica

Immagini e testi tratti dai website di: genome.wellcome.ac.uk, dnaftb.org, unipv.it, unimi.it, wikipedia.it, unibs.it, unina.it, uniroma2.it, nih.gov, zanichelli.it, sciencemag.org, ncbi.gov

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1- il codice genetico,2- la traduzione del messaggio genetico,3-la biosintesi delle proteine,4 - principali meccanismi di regolazione genica

La traduzione in procarioti ed eucarioti

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Il codice genetico

UUU FenilalaninaPHE

UCU

SerinaSER

UAU TiroxinaTYR

UGU CisteinaCYSUUC UCC UAC UGC

UUA

LeucinaLEU

UCA UAASTOP

UGA STOP

UUG UCG UAG UGG Triptofano TRP

CUU CCU

ProlinaPRO

CAU IstidinaHIS

CGU

ArgininaARG

CUC CCC CAC CGC

CUA CCA CAA GlutamminaGLN

CGA

CUG CCG CAG CGG

AUUIsoleucina

ILE

ACU

TreoninaTHR

AAU AsparaginaASN

AGU SerinaSERAUC ACC AAC AGC

AUA ACA AAALisinaLYS

AGAArginina

ARGAUGCodone inizio

ACG AAG AGG

GUU

ValinaVAL

GCU

AlaninaALA

GAU Ac.AsparticoASP

GGU

GlicinaGLY

GUC GCC GAC GGC

GUA GCA GAA Ac.glutammicoGLU

GGA

GUG GCG GAG GGG

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Non sovrapponibiltà delle triplette del codice genetico.

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I ribosomiSubunità maggiore è formata da-sito A: accoglie i codoni dei singoli amminoacidi,-sito P: si forma il legame peptidico,-sito E: avviene il rilascio del tRNASubunità minore si lega all’mRNA per fare da guida durante la sintesi proteica

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tRNA1- braccio dell’amminoacido con la sequenza CCA all’estremità 3’ cui si lega l’amminoacido corrispondente al codone riconosciuto2- braccio TψC3- braccio dell’ anticodone complementare al codone di mRNA con la posizione wobble4- braccio extra (variabile)5- braccio D6- estremità 5’

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Fasi della traduzione

Inizio si forma un complesso tra mRNA (codone d’inizio AUG), tRNA della metionina (anticodone UAC), subunità minore del ribosoma legame al sito P del ribosomaAllungamento il 2. codone è accolto al sito A dove arriva il 2. tRNA col 2° amminoacido (aa.) si forma il legame peptidico tra i due aa. Il mRNA si sposta in direzione 5’3’ (a sinistra nella figura) così il primo tRNA slitta al sito E e viene espulso, il secondo tRNA slitta al sito P .Il ciclo di allungamento si ripete allo stesso modo per ogni aa. aggiunto, mentre la catena polipeptidica si allunga.Terminazione termina la sintesi bloccando l’addizione degli aa. , grazie a uno dei codoni STOP: UAA, UAG, UGA, causando la dissoluzione dell’apparato di sintesi

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Inizio

si forma un complesso tra mRNA (codone d’inizio AUG), tRNA della metionina (anticodone UAC), subunità minore del ribosoma legame al sito P del ribosoma

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Allungamento

il 2. codone è accolto al sito A dove arriva il 2. tRNA col 2° amminoacido (aa.) si forma il legame peptidico tra i due aa. Il mRNA si sposta in direzione 5’3’ (a sinistra nella figura) così il primo tRNA slitta al sito E e viene espulso, il secondo tRNA slitta al sito P .Il ciclo di allungamento si ripete allo stesso modo per ogni aa. aggiunto, mentre la catena polipeptidica si allunga.

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TerminazionePoiché nessun tRNA riconosce i codoni STOP, al sito A non entreranno più tRNA la sintesi termina bloccando l’addizione degli aa. I tRNA ritornano liberi nella cellula per essere riutilizzatiLe due subunità del ribosoma si staccanoL’mRNA può essere rilettoLa proteina così prodotta subirà il processo di maturazione

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Animazione della traduzionehttp://www.dnalc.org/resources/3d/15-translation-basic.html

Transcript: When the RNA copy is complete, it snakes out into the outer part of the cell. Then in a dazzling display of choreography, all the components of a molecular machine lock together around the RNA to form a miniature factory called a ribosome. It translates the genetic information in the RNA into a string of amino acids that will become a protein. Special transfer molecules — the green triangles — bring each amino acid to the ribosome. The amino acids are the small red tips attached to the transfer molecules. There are different transfer molecules for each of the twenty amino acids. Each transfer molecule carries a three letter code that is matched with the RNA in the machine. Now we come to the heart of the process. Inside the ribosome, the RNA is pulled through like a tape. The code for each amino acid is read off, three letters at a time, and matched to three corresponding letters on the transfer molecules. When the right transfer molecule plugs in, the amino acid it carries is added to the growing protein chain. Again, you are watching this in real time. And after a few seconds the assembled protein starts to emerge from the ribosome. Ribosomes can make any kind of protein. It just depends what genetic message you feed in on the RNA. In this case, the end product is hemoglobin. The cells in our bone marrow churn out a hundred trillion molecules of it per second! And as a result, our muscles, brain and all the vital organs in our body receive the oxygen they need. churn out=sfornare in grandi quantità

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Insulina umana

Ser 3Leu 6Arg 1

Ala 1Gly 4Thr 2Pro 1Val 3Ile 2Cys 6(3 ponti S-S)Trp Met

La regolazione genica

I geni costitutivi (housekeeping) esprimono proteine indispensabili (es. enzimi) per la vita e sono sempre attiviI geni non costitutivi sono soggetti a meccanismi di regolazione che consentono alle cellule di reagire alla variazione degli stimoli esterniLa cellula sintetizza solo le proteine necessarieNegli organismi più complessi ogni tessuto si specializza per svolgere una determinata funzione e non sono espressi i geni che codificano per altre funzioni

regolazione nei procarioti-operone triptofano

Componenti: operatore (con repressore e co-repressore), promotore, gene regolatoreI geni strutturali dell’operone triptofano (corepressore) codificano per gli enzimi che catalizzano la sua sintesi. Quando il triptofano è presente, non è necessario produrlo: il repressore si lega all’operatore e la trascrizione è bloccataIl fine è esprimere oppure no il prodotto finale triptofano

regolazione nei procarioti-operone lattosioComponenti: operatore (con induttore), promotore, gene regolatoreI geni strutturali dell’operone lattosio (induttore) codificano per gli enzimi per la sua demolizione. Quando è presente il lattosio, il repressore libera l’operatore e la trascrizione è attivataIl fine è esprimere oppure no il prodotto finale lattosio

regolazione negli eucariotiMeccanismi:-regolare la trascrizione-rielaborate il trascritto primario-regolare la traduzioneIl fine del differenziamento cellulare è la regolazione genica differenziale, cioè esprimere solo le proteine (proteoma) che interessano un dato tessuto, organo o apparato

1- regolare la trascrizioneL’azione viene svolta da sequenze poste a monte del promotore:Enhancer sotto il controllo di proteine dette attivatori che aumentano la capacità del TFIID di legarsi alla TATA box Silencer sotto il controllo di proteine dette inibitori, che impediscono il legame alla TATA box

per indirizzare l’mRNA sui ribosomi vengono aggiunti-il cap (cappuccio) -la coda di poli A

2-trascritto primario: splicing alternativo

l’informazione portata da un gene può determinare la formazione di RNA maturi diversi e la conseguente sintesi di proteine differenti

3-regolare la traduzione

la traduzione può essere regolata ostacolando l’attacco dell’mRNA ai ribosomi:-modificare la sequenza leader di attacco-attivare un repressore che si lega all’mRNA viene impedita la lettura da parte dei ribosomi