Il linguaggio nucleotidico

La sequenza di nucleotidi dell’mRNA viene letta per gruppi di 3 nucleotidi.

Le parole nel linguaggio nucleotidico sono costituite da 3 lettere che corrispondono a 3 basi.

Queste parole costituite da 3 basi sono chiamate codoni.

Ciò significa che ci sono 43 = 64 uniche parole.

Quindi uno stesso amminoacido può essere codificato da diversi codoni (molti codoni sono quindi sinonimi), questo viene chiamato RIDONDANTE.

Perchè non usare codoni più corti?

Se ogni codone fosse solo di 2 basi, ci sarebbero 42 = 16 possibili unici codoni.

Questi non basterebbero per codificare i 20 amminoacidi esistenti più i codoni di stop.

The Genetic Code

UUUUUCUUAUUG

CUUCUCCUACUG

AUUAUCAUAAUG

GUUGUCGUAGUG

UCUUCCUCAUCG

CCUCCCCCACCG

ACUACCACAACG

GCUGCCGCAGCG

UAUUACUAAUAG

CAUCACCAACAG

AAUAACAAAAAG

GAUGACGAAGAG

UGUUGCUGAUGG

CGUCGCCGACGG

AGUAGCAGAAGG

GGUGGCGGAGGG

Phe

Leu

Leu

Val

Ile

Met

Ser

Pro

Thr

Ala

Tyr

Stop

His

Gln

Asn

Lys

Asp

Glu

Cys

Arg

Ser

Arg

Gly

StopTrp

The genetic code

• consists of 64 triplet codons (A, G, C, U) 43 = 64

• all codons are used in protein synthesis• 61 per i 20 amino acids

• 3 termination (stop) codons: UAA, UAG, UGA

• AUG (methionine) is the start codon (also used internally)

• multiple codons for a single amino acid = degeneracy

• 5 amino acids are specified by the first two nucleotides only

Ogni sequenza si presta ad essere tradotta in tre griglie di lettura differenti, a seconda del punto in cui inizio il processo di decodificazione sulla molecola.

In tutti i casi sarà soltanto una delle 3 griglie a dar vita ad una proteina funzionale.

I codoni dell’mRNA non riconoscono direttamente

gli amminoacidi,esistono delle

molecole adattatrici.

Methionine

tRNA

U*

9

262223Pu

16

12Py 10

25

20:1

G*

17:1

Pu

A20:2

1713

20G

A5051

656463

G

62

52

CPu

59

A*

C

Py

T49

39

4142

31

2928

Pu*

43127

U35

38

36

Py*

34

403047:1

47:15

46

Py47:16

4544

47

73CCA

707172

66676869

321

7654

A CU

Anticodon

Assumono una conformazione secondo il modello a trifoglio

Le differenze nelle sequenze nucleotidichedeterminano la capacità di legare un amminoacido specifico

L’ansa II contiene la sequenza di 3 nucleotididetta ANTICODONE che si appaia,durante la traduzione al codone dell’mRNA

Questo appaiamento è fondamentaleper l’inserimento dell’amminoacido corretto,come specificato dalla m-RNA,nella catena polipeptidica in crescita.

• 20 aminoacidi

• 48 diversi anticodoni (nei batteri 31 diverse molecole di tRNA)

• 61 codoni

Codon-anticodon interactions• codon-anticodon base-pairing is antiparallel• the third position in the codon is frequently degenerate• one tRNA can interact with more than one codon (therefore 50 tRNAs)• wobble rules

• C with G or I (inosine)• A with U or I• G with C or U• U with A, G, or I• I with C, U, or A

5’ 3’

A U G

U A C

3’ 5’ tRNAmet

mRNA

5’ 3’

C U A G

G A U

3’ 5’ tRNAleu

mRNA

wobble base

• one tRNAleu can read two of the leucine codons

Wobble (Vacillamento)

Appaiamento sbagliato nella terza posizione del codone

Sintesi Proteica

Attivazione dell’aminoacido

ATP + Aminoacido = Aminoacido adenilato + 2P

Aminoacido adenilato + tRNA = AminoaciltRNA + AMP

Fase d’inizio

Il tRNA iniziatore portante la metionina si

lega alla subunità minore del ribosoma

assieme a dei fattori d’inizio.

Si lega l’mRNA, la subunità minore del

ribosoma scorre sull’mRNA fino a quando non

incontra il codone d’inizio AUG.

Si instaura il legame tra l’AUG e l’anticodone

del tRNA iniziatore.

Si associa la subunità maggiore.

Il tRNA iniziatore occupa il sito P, al sito A è

presente il secondo codone dell’ mRNA

Al sito A si lega il tRNA acilato (portante il

secondo aminoacido della catena

polipeptidica).

Si forma il legame peptidico tra l’estremità

COOH terminale della Metionina e l’estremità

NH2 terminale del secondo aminoacido ad

opera dell’attività enzimatica della subunità

maggiore del ribosoma.

L’energia necessaria è data dall’attivazione

aminoacidica.

Formazione del legame peptidico

Il tRNA scarico che occupava il sito P occuperà il

sito E

il tRNA portante il dipeptide che occupava il sito A

occuperà il sito P

al sito A sarà presente il terzo codone dell’mRNA

pronto ad ospitare un nuovo tRNA acilato

TRASLOCAZIONE

Allungamento

Terminazione

Quando al sito A sarà presente uno dei 3 segnali di arresto, si legheranno dei fattori di terminazione e la sintesi sarà bloccata

AE

Large subunit

P

Small subunit

Traduzione - Inizio

fMet

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

3’

AE

Ribosome P UCU

Arg

Aminoacyl tRNA

PheLeu

Met

SerGly

Polypeptide

CCA

Traduzione - Allungamento

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

3’

AE

Ribosome P

PheLeu

Met

SerGly

Polypeptide

Arg

Aminoacyl tRNA

UCUCCA

Traduzione - Allungamento

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

3’

AE

Ribosome P

CCA

Arg

UCU

PheLeu

Met

SerGly

Polypeptide

Traduzione - Allungamento

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

3’

AE

Ribosome P

Traduzione - Allungamento

Aminoacyl tRNA

CGA

Ala

CCA

Arg

UCU

PheLeu

Met

SerGly

Polypeptide

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

3’

AE

Ribosome P

Traduzione - Allungamento

CCA

Arg

UCU

PheLeu

Met

SerGly

Polypeptide

CGA

Ala

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

3’

• La struttura primaria delle proteine

• Destinazione delle proteine all’interno della cellula

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

• La struttura primaria di RNA non tradotti

Il Genoma cellulare specifica inoltre:

Protein maturation: modification, secretion, targeting

5’ AUG

polysome for secreted protein

2. the signal recognition particlea (SRP)

binds the signal peptideb and halts translation

1. translation initiates as usual on a cytosolic mRNA

athe signal recognition particle (SRP) consists of protein and RNA (7SL RNA); it binds to the signal peptide, to the ribosome, and to the SRP receptor on the ER membranebthe signal peptide is a polypeptide extension of 10-40 residues, usually at the N-terminus of a protein, that consists mostly of hydrophobic amino acidscER = endoplasmic reticulum

ER lumen c

cytosol

3. the SRP docks with the SRP receptor on the cytosolic side of the ER membrane and positions the signal peptide for insertion through a pore

SRP SRP receptor

Translation of a secreted protein

5’

ER lumen

cytosol

4. translation resumes and the nascent polypeptide moves into the ER lumen

5. signal peptidase, which is in the ER lumen, cleaves off the signal peptide

7. the ribosomes dock onto the ER membrane; the rough ER is ER studded with polysomes

6. the SRP is released and is recycled

5’

ER lumen

cytosol

UGA

8. translation continues with the nascent polypeptide emerging into the ER lumen

9. at termination of translation, the completed protein is within the ER and is further processed prior to secretion

completed protein is processed andsecreted

Modificazioni post-traduzionali