Prof. Domenico Ripolo. Cosè la sintesi proteica La sintesi proteica è il processo che porta alla...
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Prof. Domenico Ripolo
Cos’è la sintesi proteica
• La sintesi proteica è il processo che porta alla formazione delle proteine utilizzando le informazioni contenute nel DNA.
• Si tratta di un processo piuttosto complesso in cui intervengono vari “attori”
• Nelle sue linee fondamentali questo processo è identico in tutte le forme di vita, sia eucarioti che procarioti
• Come vedremo, il processo comincia nel nucleo (negli eucarioti) e termina nel citoplasma o nel reticolo endoplasmatico ruvido
Dove avviene
Gli “attori” – Il DNA
Nel DNA sono contenute le “istruzioni” per sintetizzare le diverse proteine
Ogni “porzione” di DNA che codifica per una specifica proteina è detta gene
Gli “attori” – Il DNA
Ad esempio, questo potrebbe essere il gene per l’insulina…
… e questo il gene per l’emoglobina
Gli “attori” – L’RNA
Nella sintesi proteica interviene un altro acido nucleico, l’RNA, presente in 3 forme diverse (ma a filamento singolo):
- l’RNA messaggero (mRNA)
- l’RNA ribosomale (rRNA)
- l’RNA transfer (tRNA)
L’RNA messaggero
l’RNA messaggero (mRNA) è una singola catena lineare di RNA che fa da tramite tra il nucleo e il citoplasma. Contiene una copia “in negativo” del gene.
L’RNA ribosomale
L’RNA ribosomale (rRNA) costituente principale (insieme ad alcune proteine) dei ribosomi, da cui il nome.
L’RNA transfer
L’RNA transfer (tRNA) è una particolare catena di RNA che viene rappresentato bidimensionalmente come un trifoglio...
…mentre la struttura tridimensionale è decisamente più complessa
Gli “attori” – Amminoacidi
La sintesi proteica richiede anche gli amminoacidi, cioè i “mattoncini” che, assemblati in sequenza, costituiranno le proteine
Gli “attori” – Amminoacidi
Tutte le nostre proteine sono costituite da solo 20 tipi di amminoacidi, un po’ come tutte le parole del nostro vocabolario sono formate utilizzando 21 lettere dell’alfabeto
Ala Alanina Gly Glicina Met Metionina Ser SerinaCys Cisteina His Istidina Asn Asparagina Thr TreoninaAsp Acido aspartico Ile Isoleucina Pro Prolina Val ValinaGlu Acido glutammico Lys Lisina Gln Glutammina Trp TriptofanoPhe Fenilalanina Leu Leucina Arg Arginina Tyr Tirosina
Gli “attori” – Amminoacidi
Una sequenza di amminoacidi, come questa…
GlyAla Met Val Tyr
… è un polipeptide.
Le proteine sono polipeptidi generalmente molto lunghi e con un organizzazione anche molto complessa.
Gli “attori” – Ribosomi
Le “fabbriche” cellulari di proteine sono i ribosomi, piccoli organuli costituiti da due subunità
I ribosomi, come detto, sono costituiti da rRNA e proteine
Le fasi della sintesi proteica
Le fasi della sintesi proteica sono 2:
-La Trascrizione (che, negli eucarioti, avviene nel nucleo)
-La Traduzione (che avviene sui ribosomi)
La trascrizione
Nella fase di trascrizione la doppia elica di una porzione di DNA viene dapprima svolta…
… ad opera di un enzima detto RNA-Polimerasi
La trascrizione
Lo stesso enzima apre la doppia elica…
… e inizia, utilizzando uno dei due filamenti come stampo, a costruire una molecola complementare di mRNA.
La trascrizione
Ecco un modello tridimensionale dell’RNA-Polimerasi
A
G
T
T
G
G
A
C
T
A
C
G
A
A
A
C
G
T
T
C
C
T
G
C
La trascrizione
Ad esempio, prendiamo una porzione di DNA come quella mostrata a sinistra
La trascrizione
Ad esempio, prendiamo una porzione di DNA come quella mostrata a sinistra
A
A
A
C
G
T
T
C
C
T
G
C
A
G
T
T
G
G
A
C
T
A
C
G
La trascrizione
Ad esempio, prendiamo una porzione di DNA come quella mostrata a sinistra
A
A
A
C
G
T
T
C
C
T
G
C
A
G
T
T
G
G
A
C
T
A
C
G
La trascrizione
Ad esempio, prendiamo una porzione di DNA come quella mostrata a sinistra
A
A
A
C
G
T
T
C
C
T
G
C
A
G
T
T
G
G
A
C
T
A
C
G
La trascrizione
Dopo la separazione dei due filamenti, l’RNA polimerasi comincia ad assemblare la catena complementare di mRNA…
A
A
A
C
G
T
T
C
C
T
G
C
A
G
T
T
G
G
A
C
T
A
C
G
La trascrizione
… utilizzando come stampo uno dei filamenti e secondo la complementarietà delle basi.
G
C
U
C
A
A
C
C
U
G
U
A
A
G
T
T
G
G
A
C
T
A
C
G
La trascrizione
… La catena di RNA messaggero così formata...
G
C
U
C
A
A
C
C
U
G
U
A
La trascrizione
… La catena di RNA messaggero così formata...G
C
U
C
A
A
C
C
U
G
U
A
La trascrizione
… sarà una sorta di impronta “in negativo” del gene da cui si è originato…
… e migrerà verso i ribosomi liberi nel citoplasma o verso quelli attaccati al reticolo endoplasmatico rugoso, portando le istruzioni per la sintesi della proteina.
RNA messagero
GCUCAACCUGUA
Dalla trascrizione alla traduzione
Il codice genetico
Ma come si fa a passare dal “linguaggio” degli acidi nucleici (che utilizza 4 “lettere”)…
… al “linguaggio” delle proteine (che utilizza 20 “lettere”)?
Il codice genetico
Certo non può esserci una corrispondenza 1:1
Ma non è neanche possibile associare un amminoacido ad una coppia di basi azotate
Infatti le possibili coppie di basi sono 42 = 16 (AA, UU, CC, GG, AU, AC, AG, UA, UC, UG, CA, CG, CU, GA, GU, GC) troppo poche per poter codificare i 20 amminoacidi
Il codice genetico
Appare evidente, quindi, che il codice utilizzato si basa su triplette di basi…
… infatti 43 = 64 combinazioni sono più che sufficienti per codificare i 20 amminoacidi
Il codice genetico
Ed ecco quindi il codice genetico:
Ovviamente è ridondante: ci sono cioè più triplette che codificano per lo stesso amminoacido
Ci sono anche le triplette di inizio (AUG) e di stop (UAA, UAG e UGA) che determinano l’inizio e la fine di una sequenza polipeptidica
Il codice genetico
Il codice genetico è universale: praticamente tutti gli organismi viventi utilizzano questo stesso codice per tradurre una sequenza di basi azotate (il DNA e poi l’RNA) in una sequenza di amminoacidi (la proteina)
Ogni tripletta di basi sull’RNA è anche detta codone
La traduzione
La fase di traduzione ha inizio quando l’RNA messaggero si attacca al ribosoma.
G C U C A A C C U G U A
C G A
Ala
UG U
Gln
AG G
Gly
UC A
Val
codone
anticodone
Successivamente su ogni codone si attaccherà il tRNA con l’anticodone complementare, portandosi dietro un amminoacido.
La traduzione
La fase di traduzione ha inizio quando l’RNA messaggero si attacca al ribosoma.
G C U C A A C C U G U A
C G A
Ala
UG U
Gln
AG G
Gly
UC A
Val
Successivamente su ogni codone si attaccherà il tRNA con l’anticodone complementare, portandosi dietro un amminoacido.
La traduzione
La fase di traduzione ha inizio quando l’RNA messaggero si attacca al ribosoma.
G C U C A A C C U G U A
C G A
Ala
UG U
Gln
AG G
Gly
UC A
Val
Successivamente su ogni codone si attaccherà il tRNA con l’anticodone complementare, portandosi dietro un amminoacido.
La traduzione
La fase di traduzione ha inizio quando l’RNA messaggero si attacca al ribosoma.
G C U C A A C C U G U A
C G A
Ala
UG U
Gln
AG G
Gly
UC A
Val
Successivamente su ogni codone si attaccherà il tRNA con l’anticodone complementare, portandosi dietro un amminoacido.
La traduzione
La fase di traduzione ha inizio quando l’RNA messaggero si attacca al ribosoma.
G C U C A A C C U G U A
C G A
Ala
UG U
Gln
AG G
Gly
UC A
Val
Successivamente su ogni codone si attaccherà il tRNA con l’anticodone complementare, portandosi dietro un amminoacido.
La traduzione
La fase di traduzione ha inizio quando l’RNA messaggero si attacca al ribosoma.
G C U C A A C C U G U A
C G A
Ala
UG U
Gln
AG G
Gly
UC A
Val
Successivamente su ogni codone si attaccherà il tRNA con l’anticodone complementare, portandosi dietro un amminoacido.
La traduzione
La fase di traduzione ha inizio quando l’RNA messaggero si attacca al ribosoma.
G C U C A A C C U G U A
C G A
Ala
UG U
Gln
AG G
Gly
UC A
Val
Successivamente su ogni codone si attaccherà il tRNA con l’anticodone complementare, portandosi dietro un amminoacido.
La traduzione
La fase di traduzione ha inizio quando l’RNA messaggero si attacca al ribosoma.
G C U C A A C C U G U A
C G A
Ala
UG U
Gln
AG G
Gly
UC A
Val
Successivamente su ogni codone si attaccherà il tRNA con l’anticodone complementare, portandosi dietro un amminoacido.
La traduzione
G C U C A A C C U G U A
C G A
Ala
UG U
Gln
AG G
Gly
UC A
Val
L’amminoacido del primo tRNA si lega poi a quello del secondo…
La traduzione
G C U C A A C C U G U A
C G A
Ala
UG U
Gln
AG G
Gly
UC A
Val
L’amminoacido del primo tRNA si lega poi a quello del secondo…
La traduzione
G C U C A A C C U G U A
C G A
Ala
UG U
Gln
AG G
Gly
UC A
Val
L’amminoacido del primo tRNA si lega poi a quello del secondo…
La traduzione
G C U C A A C C U G U A
C G A
Ala
UG U
Gln
AG G
Gly
UC A
Val
… il primo tRNA si allontana…
La traduzione
G C U C A A C C U G U A
C G A
Ala
UG U
Gln
AG G
Gly
UC A
Val
… il primo tRNA si allontana…
La traduzione
G C U C A A C C U G U A
C G A
Ala
UG U
Gln
AG G
Gly
UC A
Val
… il primo tRNA si allontana…
La traduzione
G C U C A A C C U G U A
C G A
Ala
UG U
Gln
AG G
Gly
UC A
Val
… e un nuovo tRNA si attacca all’RNA messaggero
La traduzione
G C U C A A C C U G U A
Ala
UG U
Gln
AG G
Gly
UC A
Val
… e un nuovo tRNA si attacca all’RNA messaggero
La traduzione
G C U C A A C C U G U A
Ala
UG U
Gln
AG G
Gly
UC A
Val
… e un nuovo tRNA si attacca all’RNA messaggero
La traduzione
G C U C A A C C U G U A
UG U AG G
Gly
UC A
Val
… e così via.
AlaGln
La traduzione
G C U C A A C C U G U A
UG U AG G
Gly
UC A
Val
… e così via.
AlaGln
La traduzione
G C U C A A C C U G U A
UG U
AG G
Gly
UC A
Val
… e così via.
AlaGln
La traduzione
G C U C A A C C U G U A
UG U
AG G
Gly
UC A
Val
… e così via.
AlaGln
La traduzione
G C U C A A C C U G U A
UG U
AG G
Gly
UC A
Val
… e così via.
AlaGln
La traduzione
G C U C A A C C U G U A
AG G
Gly
UC A
Val
… e così via.
AlaGln
La traduzione
G C U C A A C C U G U A
AG G
Gly
UC A
Val
… e così via.
AlaGln
La traduzione
G C U C A A C C U G U A
AG G
Gly
UC A
Val
… e così via.
AlaGln
La traduzione
G C U C A A C C U G U A
AG G UC A
Val
… e così via.
Gly
AlaGln
La traduzione
G C U C A A C C U G U A
AG G UC A
Val
… e così via.
Gly
AlaGln
La traduzioneIn questo modo si viene a costruire un polipeptide sempre più grande finché non si arriva ad un codone di stop e la sintesi si interrompe.
Immagini e dati utilizzati per la realizzazione di questa presentazione provengono da alcuni siti, fra i quali:
http://www.psico.unitn.it/didattica/corsi/50042/
http://it.wikipedia.org/wiki/Sintesi_proteica
http://ogm.greenpeace.it/new/dogmacentrale.php
http://xoomer.virgilio.it/cyrano2510/flusso3.htm
Un interessante filmato che riassume la sintesi proteica è disponibile sul sito www.molecularlab.it nella sezione Multimedia.