Il linguaggio nucleotidico
La sequenza di nucleotidi dell’mRNA viene letta per gruppi di 3
nucleotidi.
Le parole nel linguaggio nucleotidico sono costituite da 3 lettere
che corrispondono a 3 basi.
Queste parole costituite da 3 basi sono chiamate codoni.
Ciò significa che ci sono 43 = 64 uniche parole.
Quindi uno stesso amminoacido può essere codificato da diversi
codoni (molti codoni sono quindi sinonimi), questo viene
chiamato RIDONDANTE.
Perchè non usare
codoni più corti?
Se ogni codone fosse solo di 2 basi, ci sarebbero 42 = 16
possibili unici codoni.
Questi non basterebbero per codificare i 20 amminoacidi
esistenti più i codoni di stop.
The Genetic Code
UUU
UUC
UUA
UUG
CUU
CUC
CUA
CUG
AUU
AUC
AUA
AUG
GUU
GUC
GUA
GUG
Phe
Leu
Leu
Ile
Met
Val
UCU
UCC
UCA
UCG
CCU
CCC
CCA
CCG
ACU
ACC
ACA
ACG
GCU
GCC
GCA
GCG
Ser
Pro
Thr
Ala
UAU
UAC
UAA
UAG
CAU
CAC
CAA
CAG
AAU
AAC
AAA
AAG
GAU
GAC
GAA
GAG
Tyr
Stop
His
Gln
Asn
Lys
Asp
Glu
UGU
Cys
UGC
UGA Stop
UGG Trp
CGU
CGC
Arg
CGA
CGG
AGU
Ser
AGC
AGA
Arg
AGG
GGU
GGC
Gly
GGA
GGG
The genetic code
• consists of 64 triplet codons (A, G, C, U) 43 = 64
• all codons are used in protein synthesis
• 61 per i 20 amino acids
• 3 termination (stop) codons: UAA, UAG, UGA
• AUG (methionine) is the start codon (also used internally)
• multiple codons for a single amino acid = degeneracy
• 5 amino acids are specified by the first two nucleotides only
Ogni sequenza si presta ad essere tradotta in tre griglie di lettura
differenti, a seconda del punto in cui inizio il processo di
decodificazione sulla molecola.
In tutti i casi sarà soltanto una delle 3 griglie a dar vita ad una
proteina funzionale.
I codoni dell’mRNA non
riconoscono direttamente
gli amminoacidi,
esistono delle
molecole adattatrici.
tRNA
Assumono una conformazione secondo
il modello a trifoglio
Methionine
Le differenze nelle sequenze nucleotidiche
determinano la capacità di legare un
amminoacido specifico
L’ansa II contiene la sequenza di 3 nucleotidi
detta ANTICODONE che si appaia, 1716 Pu A
9
17:1
13 12 Py 10
durante la traduzione al codone
G
22 23 Pu 25
G
dell’mRNA
26
2020:120:2A
1
2
3
4
5
6
U* 7
A
C
C
73
72
71
70
69
68
67
Py 59A*
66
65 64 63 62 C
49 50 51 52 G T C
y
Py
*
Questo appaiamento è fondamentale
per l’inserimento dell’amminoacido
corretto,come specificato dalla m-RNA,
nella catena polipeptidica in crescita.
Anticodon
27
1
28
29
30
31
Py*
Pu
47:16
47:15
43 44
42 45
41 46
47
40
47:1
39
38
Pu*
U
34
U 35
C
A 36
• 20 aminoacidi
• 48 diversi anticodoni
molecole di tRNA)
• 61 codoni
(nei batteri 31 diverse
Codon-anticodon interactions
• codon-anticodon base-pairing is antiparallel
• the third position in the codon is frequently degenerate
• one tRNA can interact with more than one codon (therefore 50 tRNAs)
• wobble rules
• C with G or I (inosine)
3’
5’ tRNAmet
• A with U or I
• G with C or U
• U with A, G, or I
• I with C, U, or A
UAC
AUG
5’
mRNA
3’
3’
5’
• one tRNAleu can read two
of the leucine codons
5’
mRNA
GAU
CUA
G
tRNAleu
wobble base
3’
Wobble (Vacillamento)
Appaiamento sbagliato nella
terza posizione del codone
Sintesi Proteica
Attivazione dell’aminoacido
ATP + Aminoacido = Aminoacido adenilato + 2P
Aminoacido adenilato + tRNA = AminoaciltRNA + AMP
Fase d’inizio
Il tRNA iniziatore portante la metionina si lega
alla subunità minore del ribosoma assieme a
dei fattori d’inizio.
Si lega l’mRNA, la subunità minore del
ribosoma scorre sull’mRNA fino a quando non
incontra il codone d’inizio AUG.
Si instaura il legame tra l’AUG e l’anticodone
del tRNA iniziatore.
Si associa la subunità maggiore.
Il tRNA iniziatore occupa il sito P, al sito A è
presente il secondo codone dell’ mRNA
Al sito A si lega il tRNA acilato (portante il
secondo
aminoacido
della
catena
polipeptidica).
Si forma il legame peptidico tra l’estremità
COOH terminale della Metionina e l’estremità
NH2 terminale del secondo aminoacido ad
opera dell’attività enzimatica della subunità
maggiore del ribosoma.
L’energia necessaria è data dall’attivazione
aminoacidica.
Formazione del legame peptidico
TRASLOCAZIONE
Il tRNA scarico che occupava il sito P occuperà il
sito E
il tRNA portante il dipeptide che occupava il sito A
occuperà il sito P
al sito A sarà presente il terzo codone dell’mRNA
pronto ad ospitare un nuovo tRNA acilato
Allungamento
Terminazione
Quando al sito A sarà presente uno
dei 3 segnali di arresto, si legheranno
dei fattori di terminazione e la sintesi
sarà bloccata
Traduzione - Inizio
fMet
Large
subunit
E
P
A
UAC
5’GAG...CU-AUG--UUC--CUU--AGU--GGU--AGA--GCU--GUA--UGA-AT GCA...TAAAAAA
Small mRNA
subunit
3’
Traduzione - Allungamento
Polypeptide
Arg
Met
Phe
Leu
Ser
Aminoacyl tRNA
Gly
Ribosome
E
P
A
CCA
5’GAG...CU-AUG--UUC--CUU--AGU--GGU--AGA--GCU--GUA--UGA-AT GCA...TAAAAAA
mRNA
3’
Traduzione - Allungamento
Polypeptide
Met
Phe
Leu
Ser
Gly
Arg
Aminoacyl tRNA
Ribosome
E
P
A
CCA UCU
5’GAG...CU-AUG--UUC--CUU--AGU--GGU--AGA--GCU--GUA--UGA-AT GCA...TAAAAAA
mRNA
3’
Traduzione - Allungamento
Polypeptide
Met
Phe
Leu
Ser
Gly
Arg
Ribosome
E
P
A
CCA UCU
5’GAG...CU-AUG--UUC--CUU--AGU--GGU--AGA--GCU--GUA--UGA-AT GCA...TAAAAAA
mRNA
3’
Traduzione - Allungamento
Polypeptide
Met
Phe
Leu
Ala
Ser
Gly
Aminoacyl tRNA
Arg
Ribosome
E
P
A
CCA
UCU
5’GAG...CU-AUG--UUC--CUU--AGU--GGU--AGA--GCU--GUA--UGA-AT GCA...TAAAAAA
mRNA
3’
Traduzione - Allungamento
Polypeptide
Met
Phe
Leu
Ser
Gly
Arg
Ribosome
E
Ala
P
A
UCU CGA
5’GAG...CU-AUG--UUC--CUU--AGU--GGU--AGA--GCU--GUA--UGA-AT GCA...TAAAAAA
mRNA
3’
Il Genoma cellulare specifica inoltre:
• La struttura primaria delle proteine
• Destinazione delle proteine all’interno
della cellula
• Presenza o assenza della proteina in un
determinato tipo cellulare o in un
determinato momento della vita cellulare
• La struttura primaria di RNA non
tradotti
Protein maturation: modification, secretion, targeting
Translation of a secreted protein
2. the signal recognition particlea (SRP)
binds the signal peptideb and
halts translation
SRP
5’
3. the SRP docks with the SRP receptor on
the cytosolic side of the ER membrane
and positions the signal peptide for
insertion through a pore
ER lumen c
SRP receptor
cytosol
AUG
polysome for secreted protein
1. translation initiates as usual
on a cytosolic mRNA
athe signal recognition particle (SRP) consists of protein and RNA (7SL RNA); it binds
to the signal peptide, to the ribosome, and to the SRP receptor on the ER membrane
bthe signal peptide is a polypeptide extension of 10-40 residues, usually at the N-terminus
of a protein, that consists mostly of hydrophobic amino acids
cER = endoplasmic reticulum
4. translation resumes and the nascent
polypeptide moves into the ER lumen
5. signal peptidase, which is in the ER
lumen, cleaves off the signal peptide
ER lumen
cytosol
5’
6. the SRP is released
and is recycled
7. the ribosomes dock onto the
ER membrane; the rough ER
is ER studded with polysomes
8. translation continues with the nascent
polypeptide emerging into the ER lumen
9. at termination of translation, the completed protein is
within the ER and is further processed prior to secretion
completed
protein is
processed and
secreted
ER lumen
cytosol
5’
UGA
Modificazioni post-traduzionali