TRADUZIONE - bgbunict.it MEDICINA/8-Codice Genetico... · la traduzione e’ quel processo...

TRADUZIONETRADUZIONE

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).

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

i)i) CONTINUITA’ CONTINUITA’ (Eccezione di alcuni (Eccezione di alcuni fagifagi ––eses.: .: ffX174X174-- 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)

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

ESPERIMENTI ESPERIMENTI DIDI NIREMBERG,NIREMBERG,

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

ZIONE DEL CODICEZIONE DEL CODICE

SAGGIO DI LEGAME AI RIBOSOMI:

SE L’AMMINOACIL-tRNA RICONOSCE

LA TRIPLETTA, VI SI LEGA E NON

RIESCE A PASSARE IL FILTRO CHE,

COSì, DIVIENE RADIOATTIVO.

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 CODONI 5’I CODONI 5’--UGAUGA--3’ E 5’3’ E 5’--UAGUAG--3’3’

OLTRE AD ESSERE NON SENSO,OLTRE AD ESSERE NON SENSO,

POSSONO CODIFICARE PER POSSONO CODIFICARE PER SELENOCISTEINA SELENOCISTEINA

E E PIRROLISINAPIRROLISINA, RISPETTIVAMENTE., RISPETTIVAMENTE.

I RIBOSOMII RIBOSOMI

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

1515--30 30 nmnm (Procarioti ed (Procarioti ed EucariotiEucarioti, ,

rispettivamente), sono costituiti da rispettivamente), sono costituiti da

proteine ed proteine ed rRNArRNA. Sia nei. 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

tRNAtRNAAssumono una conformazione secondoAssumono una conformazione secondo

il 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 nucleotididetta detta ANTICODONEANTICODONE che si appaia,che si appaia,

durante la traduzione al codonedurante la traduzione al codonedell’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

(A)~200poly(A) tail

3’ untranslated region

UGA

termination

3’AAUAAAAAUAAA

polyadenylation signal

STRUTTURA DELL’ mRNA MATUROSTRUTTURA DELL’ mRNA MATURO

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

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

acilacil--fosfatofosfato))

Azione dell’Azione dell’aminoacilaminoacil--tRNAtRNA

--sintetasisintetasi

AminoacilAminoacil--tRNAtRNA

TRADUZIONE NEI PROCARIOTITRADUZIONE NEI PROCARIOTI

InizioInizioFase 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 . In

particolareparticolare la la sequenzasequenza

consensoconsenso 5’5’--AGGAGGUAGGAGGU--3’ 3’

dell’mRNAdell’mRNA ((cheche sisi trovatrova in in

prossimitàprossimità delladella triplettatripletta

didi inizioinizio AUG) AUG)

complementarizzacomplementarizza con la con la

sequenzasequenza 3’3’--UCCUCCAUCCUCCA--5’ 5’

dell’rRNAdell’rRNA 16S (16S (subunitàsubunità

minoreminore del del ribosomaribosoma)! )!

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

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.


fMetfMet: il primo: il primo

aaaa. ad essere . ad essere

incorporatoincorporato

nella catenanella catena

aaaa. nascente. nascente


Assemblaggio del Assemblaggio del

RibosomaRibosoma

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 (Assemblaggio del Ribosoma)Inizio (Assemblaggio del Ribosoma)Fase Fase GTPGTP--dipendentedipendente

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

Fase Fase GTPGTP--dipendentedipendente

Fase Fase GTPGTP--dipendentedipendenteAllungamentoAllungamento

ALLUNGAMENTO MEDIATO DAIALLUNGAMENTO MEDIATO DAIFATTORI FATTORI EFEF--TsTs--TuTu ed EFG.ed EFG.Tu SI DISSOCIA DA Tu SI DISSOCIA DA TsTs E, E,

UTILIZZANDO GTP, PORTAUTILIZZANDO GTP, PORTAL’L’AMINOACILAMINOACIL--tRNAtRNA SUL SUL

MESSAGGERO. DOPO AVERMESSAGGERO. DOPO AVERLIBERATO L’AA. Tu SI RICONGIUNGELIBERATO L’AA. Tu SI RICONGIUNGE

A A Ts…ILTs…IL CICLO RIPRENDE PER LACICLO RIPRENDE PER LATRIPLETTA SUCCESSIVA.TRIPLETTA SUCCESSIVA.

Procarioti: 20 Procarioti: 20 aaaa al secondoal secondoEucariotiEucarioti: 2 : 2 aaaa al secondoal secondo

Fase Fase GTPGTP--dipendentedipendenteAllungamentoAllungamento

Formazione 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

L’attività catalitica L’attività catalitica peptidiltransferasicapeptidiltransferasica

è contenutaè contenutanella nella subunitàsubunità maggiore delmaggiore del

ribosoma (ribosoma (rRNArRNA 23S)23S)

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

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..

AllungamentoAllungamentoFase Fase GTPGTP--dipendentedipendente

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

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’mRNAmRNApronto ad ospitare un nuovo pronto ad ospitare un nuovo tRNAtRNA acilatoacilato

TRASLOCAZIONETRASLOCAZIONE

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..

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

Fase Fase GTPGTP--dipendentedipendente

Il fattore RRF favorisceIl fattore RRF favorisce

il il disassemblaggiodisassemblaggio

delle due delle due subunitàsubunità

ribosomaliribosomali!!

I fattori di rilascio si legano aI fattori di rilascio si legano a

qualunque ribosoma col segnalequalunque ribosoma col segnale

di stop nel sito A, forzando ladi stop nel sito A, forzando la

peptidilpeptidil transferasi a adtransferasi a ad

aggiungere una molecola diaggiungere una molecola di

acqua invece di un aminoacido alacqua invece di un aminoacido al

peptidilpeptidil tRNAtRNA. Questo libera. Questo libera

l’estremità carbossilica dellal’estremità carbossilica della

catena catena polipepptidicapolipepptidica..

Vi sono due classi di fattori di rilascio. IVi sono due classi di fattori di rilascio. I

fattori di classe I riconoscono i segnali difattori di classe I riconoscono i segnali di

stop e innescano l’idrolisi della catenastop e innescano l’idrolisi della catena

polipeptidicapolipeptidica. I fattori di classe II (regolati. I fattori di classe II (regolati

da GTP) stimolano la dissociazione deida GTP) stimolano la dissociazione dei

fattori di classe I dal ribosoma.fattori di classe I dal ribosoma.

I fattori di rilascio di classe I simulanoI fattori di rilascio di classe I simulano

un un tRNAtRNA dal punto di vista strutturaledal punto di vista strutturale

possedendo un peptide anticodonepossedendo un peptide anticodone

(SPF) che riconosce il segnale di stop(SPF) che riconosce il segnale di stop

ed un motivo GGQ, vicino al sitoed un motivo GGQ, vicino al sito

peptidiltransferasicopeptidiltransferasico che stimolache stimola

l’idrolisi del peptide.l’idrolisi del peptide.

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!

AELarge

subunit

P

Small subunit

TraduzioneTraduzione -- InizioInizio

fMet

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

5’

mRNA

3’

AERibosome P

Arg

Aminoacyl tRNAPhe

Leu

Met

SerGly

Polypeptide

CCA

TraduzioneTraduzione -- AllungamentoAllungamento

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

mRNA

3’

AERibosome P

PheLeu

Met

SerGly

Polypeptide

Arg

Aminoacyl tRNA

UCUCCA


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

5’

mRNA

3’

AERibosome P

CCA

Arg

UCU

PheLeu

Met

SerGly

Polypeptide



5’ mRNA 3’

AERibosome P


Aminoacyl tRNA

Ala

CCA

Arg

UCU

PheLeu

Met

SerGly

Polypeptide

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

mRNA

3’

AERibosome P


Arg

UCU

PheLeu

Met

SerGly

Polypeptide

CGA

Ala


5’

mRNA

3’

TRADUZIONE NEGLI EUCARIOTITRADUZIONE NEGLI EUCARIOTI

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 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)

QUESTO MECCANISMO RENDEQUESTO MECCANISMO RENDE

PIU’ EFFICIENTE LA TRADUZIONEPIU’ EFFICIENTE LA TRADUZIONE

ED AVVIENE SOPRATTUTTO INED AVVIENE SOPRATTUTTO IN

MITOSI, DOPO LA METAFASE!MITOSI, DOPO LA METAFASE!

•• La struttura primaria delle proteineLa struttura primaria delle proteine

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

•• 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

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

•• GlicosilazioneGlicosilazione

•• AcetilazioneAcetilazione

•• FosforilazioneFosforilazione

Modificazioni Modificazioni postpost--traduzionalitraduzionali

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