Codice Genetico e Traduzione-021210 (7 ) - bgbunict.it · la traduzione e’ quel processo...

TRADUZIONETRADUZIONETRADUZIONETRADUZIONE

LA LA TRADUZIONETRADUZIONE E’ QUEL PROCESSO ATTRAVERSO CUI SI PASSAE’ QUEL PROCESSO ATTRAVERSO CUI SI PASSA

DAL LINGUAGGIO RIBONUCLEOTIDICO DELL’RNA A QUELLODAL LINGUAGGIO RIBONUCLEOTIDICO DELL’RNA A QUELLO

AMINOACIDICO DELLE PROTEINE.AMINOACIDICO DELLE PROTEINE.

IL IL CODICE GENETICO CODICE GENETICO E’ L’INSIEME E’ L’INSIEME DIDI CODONICODONI (TRIPLETTE (TRIPLETTE

NUCLEOTIDICHE) A CUI CORRISPONDONO I VARI AMINOACIDINUCLEOTIDICHE) A CUI CORRISPONDONO I VARI AMINOACIDI

PIU’ I CODONI PIU’ I CODONI DIDI TERMINE (CODONI NON SENSO).TERMINE (CODONI NON SENSO).PIU’ I CODONI PIU’ I CODONI DIDI TERMINE (CODONI NON SENSO).TERMINE (CODONI NON SENSO).

SUE PROPRIETA’ FONDAMENTALI SONO:SUE PROPRIETA’ FONDAMENTALI SONO:

i)i) CONTINUITA’ CONTINUITA’ (Eccezione di alcuni (Eccezione di alcuni fagifagi ––eses.: .: φφφφφφφφX174X174-- in cui il codice èin cui il codice èembricato);embricato);

ii)ii) DEGENERAZIONEDEGENERAZIONE;;

iii)iii) UNIVERSALITAUNIVERSALITA’ (Ad eccezione di alcuni codoni mitocondriali cha hanno ’ (Ad eccezione di alcuni codoni mitocondriali cha hanno un significato diverso rispetto agli un significato diverso rispetto agli mRNAmRNA citoplasmatici)citoplasmatici)

ESPERIMENTI ESPERIMENTI DIDI NIREMBERG,NIREMBERG,

LEDER E KHORANA: LA LEDER E KHORANA: LA DECIFRA=DECIFRA=

ZIONE DEL CODICEZIONE DEL CODICE

ESPERIMENTO ESPERIMENTO DIDI BRENNER E CRICK: L’UNITA’ ELEMENTAREBRENNER E CRICK: L’UNITA’ ELEMENTARE

CODIFICANTE E’ UNA TRIPLETTA!CODIFICANTE E’ UNA TRIPLETTA!

ABC ABC ABCABC ABCABC ABCABC ABC…ABC…

i)i) 11°° delezionedelezione (B della 1(B della 1°° tripletta) tripletta) –– ACA BCA ACA BCA BCABCA BCABCA BC…BC…

ii)ii) 22°° delezionedelezione (C della 2(C della 2°° tripletta) tripletta) –– ACA BAB CAB ACA BAB CAB CABCAB C…C…

iii)iii) 33°° delezionedelezione (A della 4(A della 4°° tripletta) tripletta) –– ACA BAB CBC ACA BAB CBC ABCABC……

DOPO LA TERZA MUTAZIONE (DELEZIONE IN QUESTO CASO) RIAPPAREDOPO LA TERZA MUTAZIONE (DELEZIONE IN QUESTO CASO) RIAPPARELA TRIPLETTA ABC, LA TRIPLETTA ABC, SI RIPRISTINA LA CORRETTA SI RIPRISTINA LA CORRETTA CORNICE CORNICE DIDI LETTURALETTURA

IL CODICE GENETICO (IL CODICE GENETICO (KhoranaKhorana; ; OchoaOchoa; ; NirembergNiremberg;;

MatthaeiMatthaei; Leder); Leder)

61 CODONI CODIFICANTI 61 CODONI CODIFICANTI PER 20 PER 20 aaaa..

3 SEGNALI 3 SEGNALI DIDI STOPSTOP

I RIBOSOMII RIBOSOMI

I Ribosomi hanno un diametro di circaI Ribosomi hanno un diametro di circa

1515--30 30 nmnm, sono costituiti da , sono costituiti da

proteine ed proteine ed rRNArRNA e sia neie sia nei

Procarioti che negli Procarioti che negli EucariotiEucarioti, sono, sono

costituiti da una costituiti da una subunitàsubunità maggioremaggiore

e da una e da una subunitàsubunità minoreminore..

PROCARIOTI PROCARIOTI

SUBUNITA’ MAGGIORE = 50S (rRNA 23S e 5S + 34 proteine)

SUBUNITA’ MINORE = 30S (rRNA 16S + 21 proteine)

EUCARIOTI EUCARIOTI

SUBUNITA’ MAGGIORE = 60S (rRNA 28S, 5.8S e 5S + 45 proteine)

SUBUNITA’ MINORE = 40S (rRNA 18S + 33 proteine)

70S70S 80S80S

I RIBOSOMI EUCARIOTICI POSSONO ARRIVARE AD ESSEREI RIBOSOMI EUCARIOTICI POSSONO ARRIVARE AD ESSERE

CENTINAIA CENTINAIA DIDI MIGLIAIA IN UNA CELLULA IN ATTIVAMIGLIAIA IN UNA CELLULA IN ATTIVA

SINTESI PROTEICA. SI POSSONO TROVARE:SINTESI PROTEICA. SI POSSONO TROVARE:

1)1) LIBERI NEL CITOPLASMA LIBERI NEL CITOPLASMA (SINTETIZZANO PROTEINE CHE(SINTETIZZANO PROTEINE CHE

RIMARRANNO ALL’INTERNO DEL CITOSOL);RIMARRANNO ALL’INTERNO DEL CITOSOL);

2)2) ADERENTI ALLE MEMBRANE DEL RER ADERENTI ALLE MEMBRANE DEL RER (RETICOLO (RETICOLO ENDOPLA=ENDOPLA=

SMATICO RUVIDO) SMATICO RUVIDO) O DEL NUCLEO O DEL NUCLEO (SINTETIZZANO PROTEINE(SINTETIZZANO PROTEINE

CHE VERRANNO SECRETE DALLA CELLULA O CHE RIMARRANNOCHE VERRANNO SECRETE DALLA CELLULA O CHE RIMARRANNO

RACCHIUSE IN VESCICOLE ALL’INTERNO DEL CITOPLASMA RACCHIUSE IN VESCICOLE ALL’INTERNO DEL CITOPLASMA

CELLULARE)CELLULARE)

MATURAZIONE DEGLI MATURAZIONE DEGLI rRNArRNA EUCARIOTICIEUCARIOTICI

MethionineMethionine

tRNAtRNA

73CCA

707172

676869

321

654

Assumono una conformazione secondoAssumono una conformazione secondoil il modello a trifogliomodello a trifoglio

Le differenze nelle sequenze nucleotidicheLe differenze nelle sequenze nucleotidichedeterminano la capacità di legare un determinano la capacità di legare un

amminoacido specificoamminoacido specifico

L’ansa II contiene la sequenza di 3 nucleotidiL’ansa II contiene la sequenza di 3 nucleotidi

3’ OH3’ OH

5’ P5’ P

U*

9

262223Pu

16

12Py 10

25

20:1

G*

17:1

Pu

A20:2

1713

20G

A5051

656463

G

62

52

CPu

59

ψψψψ

A*

C

Py

T49

39

4142

31

2928

Pu*

43127

U35

38

36

Py*

34

403047:1

47:15

46

Py47:16

4544

47

6667

76

A CUAnticodonAnticodon

L’ansa II contiene la sequenza di 3 nucleotidiL’ansa II contiene la sequenza di 3 nucleotididetta detta ANTICODONEANTICODONE che si appaia,che si appaia,durante la traduzione al codonedurante la traduzione al codone

dell’dell’mRNAmRNA

Questo appaiamento è fondamentaleQuesto appaiamento è fondamentaleper l’inserimento dell’amminoacido per l’inserimento dell’amminoacido

corretto,come specificato dall’ corretto,come specificato dall’ mm--RNARNA,,nella catena nella catena polipeptidicapolipeptidica in crescita.in crescita.

7mGppp7mGpppCapCap

5’5’5’ untranslated region5’ untranslated region

AUGAUGinitiationinitiation

translated regiontranslated region

3’ untranslated region

UGAtermination

STRUTTURA DELL’ mRNA MATUROSTRUTTURA DELL’ mRNA MATURO

(A)~200poly(A) tail

3’ untranslated region

3’AAUAAAAAUAAA

polyadenylation signal

NOTANOTA: DISPOSIZIONE ANTIPARALLELA TRA CODONE: DISPOSIZIONE ANTIPARALLELA TRA CODONEDELL’DELL’mRNAmRNA ED ANTICODONE DEL ED ANTICODONE DEL tRNAtRNA

IMPORTANTEIMPORTANTE::

Degenerazione del CODICEDegenerazione del CODICE

avviene in terza baseavviene in terza baseavviene in terza baseavviene in terza base

che si appaia con la baseche si appaia con la base

“vacillante” (1“vacillante” (1°° base al 5’base al 5’

dell’anticodone) del dell’anticodone) del tRNAtRNA!!

Attivazione dell’aminoacidoAttivazione dell’aminoacido(Fase (Fase ATPATP--dipendentedipendente))

ATP + Aminoacido = Aminoacido adenilato + 2PATP + Aminoacido = Aminoacido adenilato + 2P

Aminoacido adenilato + tRNA = AminoaciltRNA + AMPAminoacido adenilato + tRNA = AminoaciltRNA + AMP

Azione dell’Azione dell’aminoacilaminoacil--tRNAtRNA

--sintetasisintetasi

Anidride acidaAnidride acida(legame ad alta energia (legame ad alta energia

acilacil--fosfatofosfato))

AminoacilAminoacil--tRNAtRNA

TRADUZIONE NEI PROCARIOTITRADUZIONE NEI PROCARIOTI

InizioInizio

Fase Fase GTPGTP--dipendentedipendente

Sequenza di Sequenza di ShineShine--DalgarnoDalgarno (Facilita il (Facilita il riconoscimento dell’riconoscimento dell’mRNAmRNA da parte della da parte della subunitàsubunità

minore del Ribosomaminore del Ribosoma. . In particolare attori importantiIn particolare attori importantiin questo processo sono i Fattori di Inizio (IF) della in questo processo sono i Fattori di Inizio (IF) della

Traduzione (IF1, IF2 ed IF3)Traduzione (IF1, IF2 ed IF3)

fMetfMet: il primo: il primo

aaaa. ad essere . ad essere

incorporatoincorporato

nella catenanella catena

aaaa. nascente. nascente

IF1IF1 ED ED IF3IF3 HANNO IL COMPITO HANNO IL COMPITO DIDI STABILIZZARE STABILIZZARE

LA SUBUNITA’ MINORE DEL RIBOSOMA CHE, LA SUBUNITA’ MINORE DEL RIBOSOMA CHE, COSìCOSì

InizioInizio


TENDERàTENDERà A NON LEGARSI CON LA A NON LEGARSI CON LA SUBUNITàSUBUNITà MAGGIORE.MAGGIORE.

IF2IF2, GRAZIE ALL’IDROLISI , GRAZIE ALL’IDROLISI DIDI GTP, PORTA IL PRIMO GTP, PORTA IL PRIMO aaaa. (. (ff--MetMet) )

SPECIFICATO DA AUG.SPECIFICATO DA AUG.

InizioInizio


Assemblaggio del Assemblaggio del

RibosomaRibosoma

Inizio (Assemblaggio del Ribosoma)Inizio (Assemblaggio del Ribosoma)


SITO P (PEPTIDICO) = Vi si trova legato il SITO P (PEPTIDICO) = Vi si trova legato il ff--MetMet--tRNAtRNA

SITO A (AMINOACIDICO) = Accoglie l’SITO A (AMINOACIDICO) = Accoglie l’aaaa. Successivo che si legherà ad . Successivo che si legherà ad ff--MetMet

SITO E (USCITA) SITO E (USCITA)

Inizio…RicapitolandoInizio…Ricapitolando

1.1. Il Il tRNAtRNA iniziatore portante la iniziatore portante la formilformil--metioninametionina si lega alla si lega alla subunitàsubunità minore minore

del ribosoma assieme a dei fattori d’inizio (IF1, IF2 ed IF3).del ribosoma assieme a dei fattori d’inizio (IF1, IF2 ed IF3).


2.2. Si lega l’Si lega l’mRNAmRNA, la , la subunitàsubunità minore del ribosoma scorre sull’minore del ribosoma scorre sull’mRNAmRNA fino a fino a

quando non incontra il codone d’inizio AUG.quando non incontra il codone d’inizio AUG.

3.3. Si instaura il legame tra l’AUG e l’anticodone del Si instaura il legame tra l’AUG e l’anticodone del tRNAtRNA iniziatore.iniziatore.

4.4. Si associa la Si associa la subunitàsubunità maggiore.maggiore.

5.5. Il Il tRNAtRNA iniziatore occupa il sito P, al sito A è presente il secondo codone iniziatore occupa il sito P, al sito A è presente il secondo codone

dell’ dell’ mRNAmRNA


AllungamentoAllungamento


AllungamentoAllungamentoFormazione del Formazione del legamelegame

peptidico peptidico mediante mediante

reazionereazione

di di transpeptidazionetranspeptidazione..

NOTA: Il legameNOTA: Il legame

Si forma Si forma sfruttando sfruttando

l’energia contenuta nel l’energia contenuta nel

legame estere tra legame estere tra tRNAtRNA

ed ed aaaa.. (formatosi durante (formatosi durante

l’attivazione dell’l’attivazione dell’aaaa.)!!!.)!!!

Formazione del legame peptidicoFormazione del legame peptidico

Al sito A si lega il Al sito A si lega il tRNAtRNA acilatoacilato (portante il secondo (portante il secondo

aminoacido della catena aminoacido della catena polipeptidicapolipeptidica).).

Si forma il legame peptidico tra l’estremità COOH Si forma il legame peptidico tra l’estremità COOH

AllungamentoAllungamento


Si forma il legame peptidico tra l’estremità COOH Si forma il legame peptidico tra l’estremità COOH

terminale della terminale della MetioninaMetionina e l’estremità NH2 terminale e l’estremità NH2 terminale

del secondo aminoacido ad opera dell’attività del secondo aminoacido ad opera dell’attività

enzimatica della enzimatica della subunitàsubunità maggiore del ribosoma.maggiore del ribosoma.

L’energia necessaria è data dall’attivazione L’energia necessaria è data dall’attivazione

aminoacidicaaminoacidica..

Il Il tRNAtRNA scarico che occupava il sito P occuperà il scarico che occupava il sito P occuperà il

sito Esito E

TRASLOCAZIONETRASLOCAZIONE

il il tRNAtRNA portante il portante il dipeptidedipeptide che occupava il sito A che occupava il sito A

occuperà il sito Poccuperà il sito P

al sito A sarà presente il terzo codone dell’al sito A sarà presente il terzo codone dell’mRNAmRNA

pronto ad ospitare un nuovo pronto ad ospitare un nuovo tRNAtRNA acilatoacilato

TerminazioneTerminazione

La presenza di più segnali di STOP stimola La presenza di più segnali di STOP stimola

la comparsa di fattori di rilascio la comparsa di fattori di rilascio RF1RF1, , RF2RF2

ed ed RF3RF3..


ed ed RF3RF3..

Quando al sito A sarà presente uno dei 3 Quando al sito A sarà presente uno dei 3

segnali di arresto (UAA, UGA, UAG), si segnali di arresto (UAA, UGA, UAG), si

legheranno dei fattori di terminazione e la legheranno dei fattori di terminazione e la

sintesi sarà bloccatasintesi sarà bloccata

Il fattore RRF favorisceIl fattore RRF favorisce

il il disassemblaggiodisassemblaggioil il disassemblaggiodisassemblaggio

delle due delle due subunitàsubunità

ribosomaliribosomali!!

I ribosomi scorrono numerosi l’uno dietro I ribosomi scorrono numerosi l’uno dietro

l’altro, sull’l’altro, sull’mRNAmRNA formando i POLISOMI, alformando i POLISOMI, al

fine di sfruttare numerose volte la stessa fine di sfruttare numerose volte la stessa

molecola di molecola di mRNAmRNA che ha una emivita di che ha una emivita di

poche ore!poche ore!

TraduzioneTraduzione -- InizioInizio

fMet

A

ELarge subunit

P

Small subunit

UACGAG...CU-AUG--UUC--CUU--AGU--GGU--AGA--GCU--GUA--UGA-AT GCA...TAAAAAA

5’

mRNA

3’

Arg

Aminoacyl tRNA

PheLeu

Met

SerGly

Polypeptide

TraduzioneTraduzione -- AllungamentoAllungamento

AERibosome

P

CCAGAG...CU-AUG--UUC--CUU--AGU--GGU--AGA--GCU--GUA--UGA-AT GCA...TAAAAAA5’

mRNA

3’

PheLeu

Met

SerGly

Polypeptide

Arg

Aminoacyl tRNA


A

ERibosome

P

UCUCCAGAG...CU-AUG--UUC--CUU--AGU--GGU--AGA--GCU--GUA--UGA-AT GCA...TAAAAAA

5’

mRNA

3’

Arg

PheLeu

Met

SerGly

Polypeptide


A

ERibosome

P

CCA UCUGAG...CU-AUG--UUC--CUU--AGU--GGU--AGA--GCU--GUA--UGA-AT GCA...TAAAAAA

5’ mRNA 3’


Aminoacyl tRNA

Ala

Arg

PheLeu

Met

SerGly

Polypeptide

A

ERibosomeP

CCAUCU

GAG...CU-AUG--UUC--CUU--AGU--GGU--AGA--GCU--GUA--UGA-AT GCA...TAAAAAA

5’

mRNA

3’


Arg

PheLeu

Met

SerGly

Polypeptide

Ala

A

ERibosome

P

UCU CGAGAG...CU-AUG--UUC--CUU--AGU--GGU--AGA--GCU--GUA--UGA-AT GCA...TAAAAAA

5’

mRNA

3’

TRADUZIONE NEGLI EUCARIOTITRADUZIONE NEGLI EUCARIOTI

PRINCIPALI DIFFERENZE CON I PRINCIPALI DIFFERENZE CON I PRINCIPALI DIFFERENZE CON I PRINCIPALI DIFFERENZE CON I

PROCARIOTIPROCARIOTI

1)1) Fase di inizio regolata da una Fase di inizio regolata da una decina di fattoridecina di fattori

2)2) Aminoacido iniziatore è la Aminoacido iniziatore è la MetMet (e non la (e non la ff--MetMet). Esistono due). Esistono dueMetMet--tRNAtRNA diversi: uno che riconosce il codone di inizio e l’altrodiversi: uno che riconosce il codone di inizio e l’altroche riconosce i codoni successiviche riconosce i codoni successivi

3)3) Non c’è una Sequenza Non c’è una Sequenza ShineShine--DalgarnoDalgarno: la : la subunitàsubunità minore del ribosomaminore del ribosomadopo aver riconosciuto il 5’dopo aver riconosciuto il 5’capcap, inizia uno scanning della molecola di, inizia uno scanning della molecola dimRNAmRNA fino ad incontrare (dopo in media 100 nt. Dall’inizio) l’AUGfino ad incontrare (dopo in media 100 nt. Dall’inizio) l’AUG

4)4) Mancando la sequenza Mancando la sequenza ShineShine--DalgarnoDalgarno, a livello degli , a livello degli mRNAmRNA eucarioticieucariotici4)4) Mancando la sequenza Mancando la sequenza ShineShine--DalgarnoDalgarno, a livello degli , a livello degli mRNAmRNA eucarioticieucarioticil’AUG viene individuato poiché all’interno di una l’AUG viene individuato poiché all’interno di una sequenzasequenza (GCCGCCA/G(GCCGCCA/GCCCCAUGAUGG) detta G) detta di di KozakKozak

5)5) Gli Gli mRNAmRNA eucarioticieucariotici sono detti sono detti monocistronicimonocistronici

6)6) I Fattori di rilascio sono 3 nei Procarioti contro 1 (eRF3) degli I Fattori di rilascio sono 3 nei Procarioti contro 1 (eRF3) degli EucariotiEucarioti

NOTANOTA: La conoscenza approfondita delle differenze dei processi molecolari: La conoscenza approfondita delle differenze dei processi molecolaricoinvolti nella traduzione procoinvolti nella traduzione pro-- ed ed eucarioticaeucariotica ha portato alla produzione di ha portato alla produzione di molecole antibiotiche quanto più selettive possibile e pertanto meno tossiche molecole antibiotiche quanto più selettive possibile e pertanto meno tossiche

per le cellule per le cellule eucarioticheeucariotiche! (! (EsEs: Antibiotici Eritromicina e Streptomicina): Antibiotici Eritromicina e Streptomicina)

La struttura primaria delle proteineLa struttura primaria delle proteine

Destinazione delle proteine all’interno Destinazione delle proteine all’interno della celluladella cellula

Il Genoma cellulare specifica inoltre:Il Genoma cellulare specifica inoltre:

Presenza o assenza della proteina in un Presenza o assenza della proteina in un determinato tipo cellulare o in un determinato tipo cellulare o in un determinato momento della vita cellularedeterminato momento della vita cellulare

La struttura primaria di RNA non tradottiLa struttura primaria di RNA non tradotti

GlicosilazioneGlicosilazione

AcetilazioneAcetilazione

Modificazioni Modificazioni postpost--traduzionalitraduzionali

FosforilazioneFosforilazione

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