L’mRNA ED IL CODICE GENETICO

LA SEQ. NUCLEOTIDICA DI UN GENE, PER MEZZO DELL’mRNA, E’ TRADOTTANELLA SEQ. AMINOACIDICA DI UN PEPTIDE SEGUENDO REGOLE NOTE COMECODICE GENETICO.

LA SUCCESSIONE CONSECUTIVA DI 3 rNTP DELL’mRNA COST ITUISCE UN CODONE.

CIASCUN CODONE SPECIFICA UN aa. OD UN SEGNALE DI ST OP AL PROCES=SO DI TRADUZIONE.

DATO CHE L’RNA HA 4 TIPI DI rNTP (A;G;C;U), SI POSS ONO FORMARE 4*4*4=64DIVERSI TIPI DI CODONI; CONSIDERANDO CHE TRE DI QUESTI (UAA; UAG ; UGA)NON SPECIFICANO PER ALCUN aa., DATO CHE RAPPRESENTA NO SEGNALI DISTOP, NE RIMANGONO 61 MA GLI aa. IN NATURA SONO SOLO 20: SI DEDUCECHE IL CODICE E’ RIDONDANTE, CIOE’ UN aa. PUO’ ESSERE RICHIAMATO DAPIU’ DI UN CODONE!

IL CODICE E’ QUASI UNIVERSALE .

IL CODICE NON HA SEGNI DI INTERPUNZIONE, OVVERO E’ LETTO DI CONTINUO .

IL “FRAME” DI LETTURA

I CODONI

L’mRNA ED IL CODICE GENETICO (continua)

OGNI SEQUENZA SI PRESTA AD ESSERE TRADOTTA IN TRE GRIGLIE DI LETTURA DIFFERENTI, A SECONDA DEL PUNTO IN CUI INIZIA IL PROCESSO DI DECODIFICAZIONE SULLA MOLECOLA.IN TUTTI I CASI SARÀ SOLTANTO UNA DELLE 3 GRIGLIE A DAR VITA AD UNA PROTEINA FUNZIONALE.

CARATTERISTICHE CHIMICO-FISICHEDEGLI aa.

S E C O N D B A S E

A

GGUGGCGGAGGG

Gly*

AGUAGCAGAAGG

Arg

G

CGUCGCCGACGG

Arg

GUGUUGCUGAUGG

C

GAUGACGAAGAG

AAUAACAAAAAG

Glu

CAUCACCAACAG

AUAUUACUAAUAG

Stop

Tyr

GUUGUCGUAGUG

Val

AUUAUCAUAAUG start

Ile

CUUCUCCUACUG

Leu

UUUUUUCUUAUUG

Leu

Phe

Met/

GCUGCCGCAGCG

Ala

ACUACCACAACG

Thr

CCUCCCCCACCG

Pro

CUCUUCCUCAUCG

Ser

UCAG

U

UCAG

UCAG

UCAG

Gln†

His

Trp

Cys THIRD

BASE

FIRST

BASE

Asp

Lys

Asn†

Stop

Ser

Neutri idrofobiciNeutri e polariBasiciAcidi

†Have aminegroups

*Listed as non-polar bysome texts

L’mRNA ED IL CODICE GENETICO (continua)

DEGENERAZIONE DEL CODICE

I CODONI CHE RAPPRESENTANO LO STESSO A.A., O A.A. CORRELATI, HANNO SEQUENZE SIMILI.

SPESSO LA BASE CHE OCCUPA LA TERZA POSIZIONE DEL CODONE NON E’ SIGNIFICATIVA, COME DIMOSTRA IL FATTO CHE NEI GRUPPI DI 4 CODONI CHE RAPPRESENTANO LO STESSO A.A., SOLO LA TERZA BASE E’ DIFFERENTE.

“VACILLAMENTO” (wobble) DELLA TERZA BASE:

Il codice genetico si definisce degenerato in quanto più codoni possono codificare per uno stesso aminoacido. Le triplette che codificano lo stesso aminoacido presentano solitamente le prime due posi zioni conservate, mentre la terza varia.

Sono solo due gli amminoacidi codificati da un unico codone. Sono la metionina, codificata da AUG che è anche il codone di avvio, ed il triptofano, codificato da UGG.

variazioni al codice genetico standard:

•Mitocondri

•Protozoi ciliati (UAG e, spesso, UAA codificano la glutammina e UGA codifica la cisteina).

•Batteri ed Archeobatteri (i segnali di arresto codificano invece amminoacidi non comuni:

UGA codifica la selenocisteina e UAG la pirrolisina)

LE PORZIONI PIU’ IMPORTANTI DELLAMOLECOLA DI tRNA SONO:

• ANTICODONE : SEQUENZA DI TRENUCLEOTIDI COMPLEMENTARI AL CODONE E CHE SPECIFICANO L’aa. CHE DEVE ESSERE TRASPORTATO;

• SITO DI ATTACCO DELL’aa . SPECIFICATO : SEQUENZA 5’-CCA-3’, UGUALE IN TUTTI I tRNA.

Ansa TψC: interagisce con l’rRNA 5S per ancorare il tRNA alla subunità maggiore del ribosoma.Braccio variabile : mantiene i tRNA di uguale lunghezzaAnsa D : contiene diidrouridina

La terza base dell’anticodone è definita vacillante (wobble ). Essendo posizionata su un ansa si appaia in maniera non corretta con la terza base del codone.La terza base del codone non diventa discriminante se le prime 2 sono C o G (3 legami ad idrogeno stabilizzano con forza il legame codone – anticodone)

Una tRNA sintetasi per ogni aminoacido

31 molecole di tRNA nei procarioti48 molecole di tRNA negli eucarioti

Procarioti: 20 aa al secondo

Eucarioti: 2 aa al secondo

L’attività catalitica peptidil-transferasica è contenuta nella subunità maggiore del ribosoma (rRNA 23S)

I fattori di rilascio si legano a qualunque ribosoma col segnale di stop nel sito A, forzando la peptidil transferasi a ad aggiungere una molecola di acqua invece di un aminoacido al peptidil tRNA. Questo libera l’estremità carbossilica della catena polipepptidica.

Vi sono due classi di fattori di rilascio. I fattori di classe I riconoscono i segnali di stop e innescano l’idrolisi della catena polipeptidica. I fattori di classe II (regolati da GTP) stimolano la dissociazione dei fattori di classe I dal ribosoma.

I fattori di rilascio di classe I simulano un tRNA dal punto di vista strutturale possedendo un peptide anticodone (SPF) che riconosce il segnale di stop ed un motivo GGQ, vicino al sito peptidiltransferasico che stimola l’idrolisi del peptide.

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

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

3’

TRADUZIONE - ALLUNGAMENTO

AE

Ribosome P

CCA

Arg

UCU

PheLeu

Met

SerGly

Polypeptide

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

3’

TRADUZIONE - ALLUNGAMENTO

AE

Ribosome P

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’

TRADUZIONE - ALLUNGAMENTO

AE

Ribosome PCCA

Arg

UCU

PheLeu

Met

SerGly

Polypeptide

CGA

Ala

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

3’

TRADUZIONE - ALLUNGAMENTO

Inhibitor Effect

Chloramphenicol inhibits prokaryotic peptidyl transferase

Streptomycin inhibits prokaryotic initiation, also induces mRNA misreading(Neomycin)

Tetracycline inhibits prok. aminoacyl-tRNA binding to the ribosome small subunit

Erythromycin inhibits prokaryotic translocation through the ribosome large subunit

Fusidic acid similar to erythromycin only by preventing EF-G from dissociating from the large subunit

Puromycin resembles aa-tRNA, interferes with peptide transfer resulting in premature termination in prok and euk

Diptheria toxin catalyzes ADP-ribosylation of and inactivation of eEF-2

Ricin found in castor beans, catalyzes cleavage of the euk. 28S rRNA

Cycloheximide inhibits eukaryotic peptidyltransferase

Initiation Factors Activity

prokaryotes eukaryotes

IF3 eIF-1 Fidelity of AUG codon recognition

IF1 eIF-1A Facilitate Met-tRNAiMet binding to small subunit

eIF-2 Ternary complex formation

eIF-2B (GEF) GTP/GDP exchange during eIF-2 recycling

eIF-3 (12 subunits) Ribosome antiassociation, binding to 40S

eIF-4F (4E, 4A, 4G) mRNA binding to 40S, RNA helicase activity

eIF-4A ATPase-dependent RNA helicase

eIF-4E 5' cap recognition

eIF-4G Scaffold for of eIF-4E and -4A

eIF-4B Stimulates helicase, binds with eIF-4F

eIF-4H Similar to eIF4B

eIF-5 Release of eIF-2 and eIF-3, GTPase

IF2 eIF5B Subunit joining

eIF-6 Ribosome subunit antiassociation

L’interazione tra la polyA-binding protein e i fattori di inizio mantien e l’mRNA in unaconformazione circolare che aumenta l’efficienza della traduzione.

Il cap viene riconosciuto dalla sub minore e viene legato eIF4E e eIF4G (che lega anche la coda di polyA). La sub minore si muove in direzione 5’-3’cercando il primo AUG. Questo movimento èfavorito da altri fattori di inizio con attività elicasica (eIF4F). Identificazione della sequenza di Kozak.

Lewin, IL GENE VIII, Zanichelli editore S.p.A. Copyright © 2006

La sequenza consenso di

Kozak

“Salto” del primo AUG: leaky scaning

Lewin, IL GENE VIII, Zanichelli editore S.p.A. Copyright © 2006

Lewin, IL GENE VIII, Zanichelli editore S.p.A. Copyright © 2006

Negli Eucarioti

• eIF-2 forma un complesso ternario con Met-tRNAf

• Il complesso ternario lega la subunità 40S libera che si lega all’estremità 5’dell’mRNA

• GTP viene idrolizzato quando eIF2 viene rilasciato come eIF2-GDP

• eIF-2B rigenera la forma attiva.

Lewin, IL GENE VIII, Zanichelli editore S.p.A. Copyright © 2006

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E1 (enzima di attivazione dell’ubiquitina): utilizza l’energia di un ATP per legarsi all’ubiquitina con un legame tioestere.

E2 (enzima di coniugazione dell’ubiquitina): è indispensabile per il riconoscimento della proteina da degradare.

E3 (ubiquitina-proteina ligasi): trasferisce l’ubiquitina da E2 alla proteina da degradare. Si forma così un legame ammidico tra l’ubiquitina e una lisina della proteina da degradare.

Il processo di ubiquitinazione deve compiersi più volte prima che la proteina venga eliminata dal proteasoma (catena dipoliubiquitina).

La proteina viene degradata con consumo energetico, in pezzi lunghi da 3 a 23 amminoacidi, nella parte centrale (20 S) del proteasomae le molecole di ubiquitina riciclate.