Prof. Neri Rolando

La Sintesi Proteica

LICEO STATALE «Antonio Meucci»

Cos’è la sintesi proteica

o La sintesi proteica è il processo che porta alla formazione delle proteine utilizzando le informazioni contenute nel DNA.o Si tratta di un processo piuttosto complesso in cui intervengono vari «attori»o 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

L’informazione genetica fluisce dal DNA all’RNA e ai polipeptidi, come indicato dalle frecce.

Il dogma centrale

trascrizione inversa Generalmente i virus (come il virus HIV) risolvono il problema con una trascrizione da RNA a RNA, da cui ottengono un RNA complementare al loro genoma. Questo filamento «opposto» viene poi usato per sintetizzare copie multiple del genoma virale mediante trascrizione.

Alcuni virus costituiscono un’eccezione al dogma centrale

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

Esistono tre distinte classi di RNA con funzioni diverse, qui sotto le elenchiamo.RNA messaggero (o mRNA): è «l’intermediario» che porta una copia delle informazioni di un tratto di DNA ai ribosomi. La sua caratteristica più importante è la sequenza lineare.RNA transfer (o tRNA): è «l’adattatore» che porta gli amminoacidi ai ribosomi e li colloca nella posizione corretta; il suo compito richiede una precisa e complessa struttura tridimensionale.RNA ribosomiale (o rRNA): entra a far parte dei ribosomi e permette di realizzare la sintesi proteica. Ha quindi un ruolo strutturale e funzionale.Piccoli RNA nucleari (snRNA, dall’inglese small nuclear RNA) coinvolti nel controllo dell’espressione genica.

Gli «attori» – L’RNA

Gli «attori» – DNA e RNA

Differenze

• Desossiribosio (DNA)• Ribosio (RNA)

• Timina (DNA)• Uracile (RNA)

• DNA ha una struttura a doppia elica• RNA è formato da un filamento singolo

Esistono 4 diverse basi azotate per il DNA e 4 per l’RNA:

Pirimidine (Timina – Citosina - Uracile)Basi Azotate Purine (Guanina - Adenina)

Le unità fondamentali costituenti il DNA e l’ RNA sono i Nucleotidi.

Nucleotide = Gruppo Fosforico + Zucchero Pentoso + Base Azotata.

Gli «attori» – 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.

Ha una forma lineare (V. figura pagina precedente).

L‘mRNA è trascritto nel nucleo cellulare; dopo essere stato completamente modificato viene trasportato nel citoplasma e tradotto da un ribosoma. Alla fine della sua vita l'mRNA viene degradato.

Gli «attori» – L’RNA ribosomiale

L’RNA ribosomiale (rRNA) è il costituente principale (insieme ad alcune proteine) dei ribosomi, da cui il nome.

L'RNA ribosomiale (o rRNA) è la tipologia più abbondante di RNA presente nella cellula. Non codifica direttamente le proteine, ma è il componente essenziale (circa i due terzi) dei ribosomi.

La funzione dell'rRNA è fornire un meccanismo per la decodifica dell'mRNA in amminoacidi (al centro della subunità minore del ribosoma) ed interagire con il tRNA durante la sintesi proteica.

Le due subunità di un ribosoma batterico

continua

Gli «attori» – L’RNA ribosomiale

Le caratteristiche dell'RNA ribosomiale sono importanti per la medicina e per lo studio dell'evoluzione:

•L'rRNA è il bersaglio di molti antibiotici: cloramfenicolo, eritromicina, kasugamicina, micrococcina, paromicina, ricina, sarcina, spectinomicina, streptomicina e tiostreptone;

•L'rRNA è il componente più conservato (che ha subito meno variazioni nel corso dell'evoluzione) in tutte le cellule. Per questa ragione, i geni che codificano per l'rRNA vengono sequenziati per identificare il gruppo tassonomico di un organismo, per riconoscere i gruppi correlati e stimare il tasso di divergenza tra le varie specie. La tassonomia è la classificazione gerarchica di concetti, quindi, all’interno del mondo animale, la classificazione delle varie specie animali.

Gli «attori» – 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» – Gli amminoacidi

La sintesi proteica richiede anche gli amminoacidi, cioè i «mattoncini» che, assemblati in sequenza, costituiranno le proteine.

Gli «attori» – Gli 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» – Gli 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» – I 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

La Trascrizione: inizio

Nella fase di trascrizione la doppia elica di una porzione di DNA viene dapprima svolta…

… ad opera di un enzima detto RNA-Polimerasi

continua

La Trascrizione: inizio

continua

Lo stesso enzima apre la doppia elica…

… e inizia, utilizzando uno dei due filamenti come stampo, a costruire una molecola complementare di mRNA.

Il primo stadio, che dà inizio alla trascrizione, richiede un promotore (o primer), una speciale sequenza di DNA (sequenza di riconoscimento) alla quale si lega molto saldamente la RNA polimerasi.

Per ogni gene (o, nei procarioti, per ogni serie di geni) c’è almeno un promotore. I promotori sono importanti sequenze di controllo che «dicono» all’RNA polimerasi tre cose: da dove far partire la trascrizione, quale filamento del DNA trascrivere e in quale direzione procedere.

Sebbene esistano differenze notevoli tra le cellule procariotiche e quelle eucariotiche, in tutte le cellule la molecola di DNA comincia a denaturarsi, cioè ad aprirsi, in corrispondenza di sequenze di basi ricche di Timina e Adenina (TATA box).

L’RNA polimerasi degli eucarioti non è in grado di legarsi semplicemente al promotore e di iniziare a trascrivere; essa infatti si lega al DNA soltanto dopo che sul cromosoma si sono associate varie proteine regolatrici dette fattori di trascrizione.

L’insieme costituito dalla RNA polimerasi e dai fattori di trascrizione viene detto complesso di trascrizione.

La Trascrizione: inizio

continua

Ecco un modello tridimensionale dell’RNA-Polimerasi

La Trascrizione: inizio

continua

La Trascrizione: inizio

continua

Ad esempio, prendiamo una porzione di DNA come quella mostrata a sinistra

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: inizio

continua

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: inizio

continua

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: inizio

continua

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: inizio

continua

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: allungamento

continua

… 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: terminazione

… La catena di RNA messaggero così formata...G

C

U

C

A

A

C

C

U

G

U

A continua

La Trascrizione: terminazione

… La catena di RNA messaggero così formata...

G

C

U

C

A

A

C

C

U

G

U

A

continua

La Trascrizione: terminazione

… 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

continua

continua

La Trascrizione: alcune puntualizzazioni

La RNA polimerasi apre il DNA a circa 10 basi per volta e legge il filamento stampo in direzione 3'-5'. Come la DNA polimerasi, anche la RNA polimerasi aggiunge i nuovi nucleotidi all’estremità 3' del filamento in crescita.

Diversamente dalla DNA polimerasi, l’RNA polimerasi non revisiona né corregge il proprio lavoro. Gli errori di trascrizione si verificano al tasso di uno ogni 104-105 basi ma, poiché le copie di RNA sono eseguite in gran numero e spesso hanno una vita relativamente breve, tali errori non sono potenzialmente dannosi come le mutazioni del DNA.

Analogamente al sito di inizio che precisa il punto di partenza della trascrizione, sul filamento stampo del DNA ci sono particolari sequenze di basi che ne stabiliscono la terminazione.

Negli eucarioti il primo prodotto della trascrizione, o trascritto primario, è più lungo dell’mRNA maturo e deve andare incontro a un notevole processo di trasformazione prima di essere tradotto.

Prima di tutto, l'estremità 5' dell'mRNA (quella sintetizzata per prima) viene «incappucciata» da una struttura specializzata che successivamente interverrà nel legame tra mRNA e ribosoma (cappuccio).In un secondo momento, all'estremità 3' dell'mRNA (quella trascritta per ultima) viene aggiunta una sequenza di 100-200 residui di acido adenilico (coda poli A) che ha la funzione di facilitare le fasi successive di rimaneggiamento e trasferimento dell'mRNA fuori del nucleo. A questo punto l'mRNA, completo di cappuccio e coda poli A, prende il nome di RNA trascritto primario.

L’elaborazione dell’RNA messaggero nelle cellule eucarioti

continua

L’elaborazione del trascritto primario.Particolari enzimi rimuovono dall’mRNA prodotto dal processo di trascrizione i tratti non codificanti (introni) e uniscono quindi assieme i tratti codificanti (esoni): il risultato è un mRNA funzionale.Il processo di eliminazione degli introni viene detto splicing.

L’elaborazione dell’RNA messaggero nelle cellule eucarioti

Dalla trascrizione alla traduzionePrima di uscire dal nucleo l’mRNA subisce una sorta di «controllo qualità», operato da un insieme di proteine. Se viene riscontrato qualche difetto, la molecola viene demolita.

Trasporto attraverso il nuclear pore complex

L’RNA maturo deve essere trasportato fuori dal nucleo con un processo regolato, attraverso il nuclear pore complex.

Trasporto di mRNA

Nel trasporto l’RNA si dissocia da alcune proteine, ma non Cap binding protein (CBP) e nel citoplasma si lega a elongation factors elF-4G e elF-4E

La traduzione

Necessita di: (Codice) mRNA tRNAsRibosomaAminoacil-tRNA sintetasi

Il codice genetico

Come si fa a passare dal «linguaggio» degli acidi nucleici (che utilizza 4 «lettere»)…

… al «linguaggio» delle proteine (che utilizza 20 «lettere»)?

continua

Il codice genetico

o Certo non può esserci una corrispondenza 1:1

o Ma non è neanche possibile associare un amminoacido ad una coppia di basi azotate,

o 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

o Invece, ad ogni amminoacido è associata una tripletta di basi azotate, che viene detta CODONE,

o infatti le possibili triplette sono 43 = 64, un numero più che sufficiente per codificare i 20 amminoacidi necessari per sintetizzare le proteine.

o Il codice genetico è ridondante ma non ambiguo, cioè un amminoacido può essere codificato da più di una tripletta, ma, ogni codone codifica un solo amminoacido.

continua

Il codice genetico

Un codice di triplette Ogni tripletta di basi azotate del DNA corrisponde ad una tripletta complementare dell’mRNA, cioè a un’unità di codice, o codone e, a sua volta, questo specifica un determinato aminoacido.

continua

Il codice genetico

L’informazione genetica è codificata nell’mRNA sotto forma di unità di tre lettere (codoni), formate dalle basi uracile (U), citosina (C), adenina (A) e guanina (G). Per decifrare un codone, si ricerca la prima lettera nella colonna a sinistra, quindi si scorre orizzontalmente cercando la seconda lettera nella fila in alto e infine si legge l’amminoacido corrispondente alla terza lettera della colonna di destra nella casella così selezionata.

continua

GTP

Il guanosintrifosfato o GTP è un ribonucleotide trifosfato formato dalla guanina (una base azotata), dal ribosio (uno zucchero pentoso) e da tre gruppi fosfato.Il GTP è un nucleotide incorporato nella catena di RNA durante la sua sintesi, ed utilizzato come fonte di energia per la sintesi proteica. È coinvolto anche nella formazione dei cappucci dell'mRNA, nella formazione dei microtubuli e nel meccanismo di trasduzione del segnale, dove viene convertito in GDP attraverso l'azione delle GTPasi, producendo energia.

FONTI

Invito alla biologia – Quinta edizione di Helena Curtis, Sue Barnes – Ed. Zanichelli Biologia Oggi – Terza edizione di David Krogh – Ed. Le Monnier http://www.wikipedia.org

Presentazione creata utilizzando Microsoft PowerPoint 2007