1

Traduzione dell’informazione genetica (1)

2

Traduzione dell’informazione genetica (2)

Il processo negli eucarioti richiede: 70 diverse proteine ribosomiali >20 enzimi che attivano i precursori degli amminoacidi >12 enzimi ausiliari e altri fattori proteici per inizio, allungamento e terminazione circa 100 enzimi per le modifiche post-traduzionali >40t ipi di tRNA e rRNA

Nonostante la complessità il processo è veloce

Il processo può utilizzare fino al 90% dell’energia chimica necessaria alla cellula per tutte le reazioni biosintetiche

Abbiamo 4 basi azotate che compongono il DNA e 20 aminoacidi diversi in natura.Quante basi servono per codificare un amminoacido?

Il codice genetico (1)

3

Più codoni codificano per lo stesso amminoacido

Questo fatto viene indicato come

DEGENERAZIONE DEL CODICE GENETICO

1 base 4 possibilità2 basi 42 = 16 possibilità3 basi 43 = 64 possibilità

4

Gli esperimenti di Niremberg hanno permesso di capire che il codice genetico viene letto linearmente senza sovrapposizioni e ogni aminoacido viene riconosciuto da tre basi triplettetriplette o codoni codoni

Il codice genetico (2)

Triplette non sovrapposte

5

Il codice genetico (3)

Quadro di lettura del codice genetico

Phe Ser LeuAsp Asp

Ile His Ser

Ser Arg TrpThr Arg

Phe Thr

Leu Gly GlyPro Asp

Ser Gln

6

Appaiamento codone-anticodone

Ipotesi dell’oscillamento

La terza posizione in ogni codone è

molto meno specifica della prima e della seconda e viene detta oscillante. oscillante.

Ciò permette ad alcuni tRNA di riconoscere più

di un codon ottimizzando sia l’accuratezza sia

la velocità della sintesi proteica

7

I ribosomi

8

tRNA

9

Sintesi proteica (1)

La sintesi proteica avviene in cinque stadi

Stadio 1Stadio 1: le amminoacil-tRNA sintetasi legano il corretto amminoacido ai tRNA corrispondenti

10

Sintesi proteica (2)

Stadio 1Stadio 1: le amminoacil-tRNA sintetasi legano il corretto amminoacido ai tRNA corrispondenti

Amminoacil-tRNA sintetasi (classe II)

Meccanismo di azione

Prima fasePrima fase: formazione dell’intermedioamminoacil-AMP legato all’enzima

Seconda faseSeconda fase: trasferimento dell’intermediodall’enzima al tRNA

Alcune amminoacil-tRNA sintetasi svolgono anche attività di proofreading

11

Sintesi proteica (3)

Stadio 2Stadio 2: un amminoacido specifico inizia la sintesi proteica

Sequenze di mRNA che funzionano da segnali di inizio

Procarioti

Eucarioti

12

Sintesi proteica (4)

Stadio 3Stadio 3: allungamento (formazione legami peptidici)

Prima fasePrima fase: Seconda faseSeconda fase: Terza faseTerza fase:

13

Sintesi proteica (5)

Stadio 4Stadio 4: terminazione della sintesi proteica mediante fattore di

rilascio (RF)

14

Stadio 5Stadio 5: modificazioni post-traduzionali (1)

Modificazioni ammino-terminali & carbossi-terminali

Perdita delle sequenze segnale

Il primo residuo che viene inserito in tutti i polipeptidi è N-formilmetionina(procarioti) e metionina (eucarioti).

Nelle proteine mature questo si riscontra solo raramente; per il 50% questi gruppi vengono acetilati; in altri casi rimossi.

Talvolta anche i residui ammino-carbossilici vengono modificati

I primi 15-30 residui ammino- terminali delle proteine svolgono un ruolo fondamentale nel dirigere la proteina verso una posizione specifica intra- o

extra-cellulare (vedi trasporto e destinazione delle proteine).Queste sequenze segnale sequenze segnale vengono alla fine del processo rimosse da

specifiche peptidasi.

15

Modificazioni di singoli amminoacidi

I gruppi ossidrilici di alcuni residui di Ser, Thr e Tyr, sono fosforilati per

ottenere proteine funzionali Attivazione della glicogeno fosforilasi

per fosforilazione di un residuo di SerFosforilazione di residui di Ser nella

caseina del latte per legare il Ca2+

Stadio 5Stadio 5: modificazioni post-traduzionali (2)

L’aggiunta di gruppi carbossilici a residui di Glu della protrombina permettono al Ca2+ di legarsi e

innescare la coagulazione del sangue

L’idrossilazione della Pro e Lys sono una tappa fondamentale perla corretta maturazione del collagene, la proteina più abbondante

nei vertebrati

16

Aggiunta di catene laterali di carboidrati

Stadio 5Stadio 5: modificazioni post-traduzionali(3)

Molte proteine che devono essere esportate all’esterno della cellula(Es: collagene) o inserite nella

membrana plasmatica sono glicosilate

17

Aggiunta di gruppi isoprenilici

Stadio 5Stadio 5: modificazioni post-traduzionali (4)

Alcune proteine eucariotiche vengono modificate per aggiunta di derivati dell’isoprene come il farnesil pirofosfato. Il gruppo isoprenilico serve ad ancorare le proteine alla membrana biologica.

Es: Proteine oncogene RAS

Una recente strategia chemioterapica anticancro consiste nel bloccare

l’isoprenilizzazione dell’oncogene RAS

18

Aggiunta di gruppi prostetici

Stadio 5Stadio 5: modificazioni post-traduzionali (5)

Per svolgere la loro azione biologica (in genere attività catalitica), molte proteine hanno

bisogno di gruppi prostetici legati covalentemente

(es: carbossilasi, eme dell’emoglobina

Es: Acetil-CoA carbossilasi

19

Modificazioni proteolitiche

Stadio 5Stadio 5: modificazioni post-traduzionali (6)

Es: attivazione di zimogeni

Le catene A,B,C della chimotripsina sono unite da ponti

disolfuro

Molte proteine sono sintetizzate inizialmente come precursori inattivi di dimensioni più grandi; successivamente vengonomodificati proteoliticamente per produrre le loro forme attivepiù piccole (es: pro insulina,chimotripsinogeno, tripsinogeno)

20

Stadio 5Stadio 5: modificazioni post-traduzionali (7)

Ponte disolfuro

intraintracatena

Ponte disolfuro

interintercatena

Catena ACatena Aidentica in:uomomaialecaneconigliocapodoglio

Catena BCatena Bidentica in:buecanemaialecapra cavallo

Es: Insulina bovina

Dopo il “folding” alcune proteine formano legami

disolfuro (intracatena o intercatena) tra residui

di cisteina.Negli eucarioti , i legami

disolfuro si trovano comunemente nelle proteine che devono

essere esportate fuori dalle cellule

Formazione legami disolfuro

21

Inibizione della sintesi proteica

22

Polisomi

23

Trasporto a destinazione delle proteine (1)

24

Trasporto a destinazione delle proteine (2) La glicosilzione svolge un ruolo chiave nel

trasporto a destinazione delle proteine

25

Trasporto a destinazione delle proteine (3)

Via seguita dalle proteine destinate ai liposomi, alla membrana plasmatica

o alla secrezione

Il diverso destino e segnato da marcatori chimici specifici marcatori chimici specifici

(vedi glicosilazione delle idrolasi indirizzate ai liposomi)

26

Trasporto a destinazione delle proteine (4) Es: Fosforilazione di residui di

mannosio delle idrolasi destinate ai lisosomi

per svolgere la loro funzione

Complesso del Golgi

Lisosoma

27

Trasporto a destinazione delle proteine (5) Trasporto delle proteine nel nucleo

N L S Sequenza segnale interna alla catena polipeptidica non rimossa dopo la

destinazione finale

28

Trasporto a destinazione delle proteine (6)

Molte proteine entrano nelle cellule per endocitosi

mediata da recettori

Es: Ingresso del colesteroloIngresso del colesterolo

Un meccanismo analogo viene sfruttato da alcune tossine (difterite,colera)

e virus (influenza)

29

Trasporto a destinazione delle proteine (7) Negli eucarioti le proteine difettose o con emivita

breve vengono degradate dai proteosomi proteosomi mediante un sistema ATP dipendente (“ubiquitinazione”“ubiquitinazione”)

L’inefficienza o la eccessiva degradazione di questi

sistemi sono causa di molte malattie (tumori, malattie renali, asma, morbo di Alzheimer , morbo di

Parkinson, fibrosi cistica ….)