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 Dove avviene • Come vedremo, il processo comincia nel nucleo (negli eucarioti) e termina nel citoplasma o nel reticolo endoplasmatico ruvido 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 Cys Asp Glu Phe Alanina Cisteina Acido aspartico Acido glutammico Fenilalanina Gly His Ile Lys Leu Glicina Istidina Isoleucina Lisina Leucina Met Asn Pro Gln Arg Metionina Asparagina Prolina Glutammina Arginina Ser Thr Val Trp Tyr Serina Treonina Valina Triptofano Tirosina Gli “attori” – Amminoacidi Una sequenza di amminoacidi, come questa… Gly Ala 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’RNAPolimerasi La trascrizione C G G C A T G C T A T A G C G C A T C G A T T A Ad esempio, prendiamo una porzione di DNA come quella mostrata a sinistra La trascrizione C G G C A T G C T A T A G C G C A T C G A T T A Ad esempio, prendiamo una porzione di DNA come quella mostrata a sinistra La trascrizione C G G C A T G C T A T A G C G C A T C G A T T A Ad esempio, prendiamo una porzione di DNA come quella mostrata a sinistra La trascrizione C G G C A T G C T A T A G C G C A T C G A T T A Ad esempio, prendiamo una porzione di DNA come quella mostrata a sinistra La trascrizione C G G C A T G C T A T A G C G C A T C G A T T A Dopo la separazione dei due filamenti, l’RNA polimerasi comincia ad assemblare la catena complementare di mRNA… La trascrizione C G G C A U G C T A T A G C G C A U C G A U T A … utilizzando come stampo uno dei filamenti e secondo la complementarietà delle basi. La trascrizione G C U C A A C C U G U A … La catena di RNA messaggero così formata... La trascrizione … La catena di RNA messaggero così formata... La trascrizione … sarà una sorta di impronta “in negativo” del gene da cui si è originato… G C U C A A C C U G U A RNA messagero … e migrerà verso i ribosomi liberi nel citoplasma o verso quelli attaccati al reticolo endoplasmatico rugoso, portando le istruzioni per la sintesi della proteina. 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 Successivamente su ogni codone si attaccherà il tRNA con si La fase di traduzione ha inizio quando l’RNA messaggero l’anticodone complementare, portandosi dietro un amminoacido. attacca al ribosoma. Gln G U Ala U C G Val A C A anticodone codone G C U C A A C C U G U A Gly U G G A La traduzione Successivamente su ogni codone si attaccherà il tRNA con si La fase di traduzione ha inizio quando l’RNA messaggero l’anticodone complementare, portandosi dietro un amminoacido. attacca al ribosoma. Gln G U Ala U C G C U C A G A Val A C C C U G U A A Gly U G G A La traduzione Successivamente su ogni codone si attaccherà il tRNA con si La fase di traduzione ha inizio quando l’RNA messaggero l’anticodone complementare, portandosi dietro un amminoacido. attacca al ribosoma. Gln Val Gly Ala G U U C C G C U G C A A A A C C U G U A U G G A La traduzione Successivamente su ogni codone si attaccherà il tRNA con si La fase di traduzione ha inizio quando l’RNA messaggero l’anticodone complementare, portandosi dietro un amminoacido. attacca al ribosoma. Gln Val Gly Ala G U U C C G A G C U C A A C C U G U A A U G G A La traduzione Successivamente su ogni codone si attaccherà il tRNA con si La fase di traduzione ha inizio quando l’RNA messaggero l’anticodone complementare, portandosi dietro un amminoacido. attacca al ribosoma. Gln Val Gly Ala G U U C C G A G C U C A A C C U G U A A U G G A La traduzione Successivamente su ogni codone si attaccherà il tRNA con si La fase di traduzione ha inizio quando l’RNA messaggero l’anticodone complementare, portandosi dietro un amminoacido. attacca al ribosoma. Gln Val Gly Ala G U U C C G A G C U C A A C C U G U A A U G G A La traduzione Successivamente su ogni codone si attaccherà il tRNA con si La fase di traduzione ha inizio quando l’RNA messaggero l’anticodone complementare, portandosi dietro un amminoacido. attacca al ribosoma. Val Gly Gln Ala C G U U C G A G C U C A A C C U G U A A U G G A La traduzione Successivamente su ogni codone si attaccherà il tRNA con si La fase di traduzione ha inizio quando l’RNA messaggero l’anticodone complementare, portandosi dietro un amminoacido. attacca al ribosoma. Val Ala Gly Gln C C G A G U U G C U C A A C C U G U A A U G G A La traduzione L’amminoacido del primo tRNA si lega poi a quello del secondo… Val Ala Gly Gln C C G A G U U G C U C A A C C U G U A A U G G A La traduzione L’amminoacido del primo tRNA si lega poi a quello del secondo… Val Gly Ala Gln C C G A G U U G C U C A A C C U G U A A U G G A La traduzione L’amminoacido del primo tRNA si lega poi a quello del secondo… Val Gly Ala Gln C C G A G U U G C U C A A C C U G U A A U G G A La traduzione … il primo tRNA si allontana… Val Gly Ala Gln C C G A A G C U G U U C A A C C U G U A U G G A La traduzione … il primo tRNA si allontana… Val Gly Ala Gln C G A C G C U G U U C A A C C U G U A A U G G A La traduzione … il primo tRNA si allontana… Val Gly Ala Gln C G A C G C U G U U C A A C C U G U A A U G G A La traduzione … e un nuovo tRNA si attacca all’RNA messaggero Val Gly Ala Gln C G A C G C U G U U C A A C C U G U A A U G G A La traduzione … e un nuovo tRNA si attacca all’RNA messaggero Val Gly Ala Gln C G C U G U U C A A C C U G U A A U G G A La traduzione … e un nuovo tRNA si attacca all’RNA messaggero Val Gly Ala Gln C A G G C U G U U C A A C C U G U A G U A La traduzione … e così via. Val Ala Gln Gly C G C U G U U G G A C A A C C U G U A A U La traduzione … e così via. Val Ala Gln Gly C G C U G U U G G A C A A C C U G U A A U La traduzione … e così via. Val Ala Gln Gly C G G C U U A U C A A G G A C C U G U A U La traduzione … e così via. Val Ala Gln Gly G G U C U U C C A A G G A C C U G U A A U La traduzione … e così via. Val G U Ala Gln Gly U C G C U C A A G G A C C U G U A A U La traduzione … e così via. Val Ala Gln Gly C G C U C A A G G A C C U G U A A U La traduzione … e così via. Ala Gln Gly Val C G C U C A A G G A C C U G U A A U La traduzione … e così via. Ala Gln Gly G C U C A A Val G G A C A U C C U G U A La traduzione … e così via. Ala Gln Gly G C U C A A Val G G A C A U C C U G U A La traduzione … e così via. Ala Gln Gly Val G C U C A A G G A C A U C C U G U A La traduzione In 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.