Sintesi proteica
Definizione
La sintesi proteica è costituita da una sequenza di eventi che portano alla
formazione di un polimero di amminoacidi (proteina o polipeptide) ad opera
dei ribosomi a partire da una sequenza di codoni di una molecola di mRNA
TRADUZIONE
Consiste nella trasformazione dall’alfabeto a 4 lettere degli acidi nucleici
(basi azotate) all’alfabeto completamente diverso delle PROTEINE
(amminoacidi,AA)
Nel
processo
di
traduzione
sono
coinvolte più di 100
macro-molecole
tRNA
mRNA
Proteine
Ribosomi
rRNA
Proteine ribosomiali (Basiche)
…Pre-traduzione
Flusso Genetico
DNA
Replicazione
1 DNA
RNA
2 DNA
Proteine
Basi Azotate:Adenina-Timina;
Guanina-Citosina
DNA-polimerasi
Trascrizione
DNA
RNA
Basi Azotate:Adenina-Uracile;
Guanina-Citosina
RNA-polimerasi-DNA dipendenti
Il meccanismo di trascrizione
non possiede sistemi di controllo
aposteriori
Tasso di errore: 10-4
Individua il sito specifico per la
trascrizione
sul
filamento
stampo di DNA
mRNA-tRNA-rRNA
Trascrizione
Da una porzione specifica del DNA (CISTRONE) in direzione 5’3’
Corrisponde uno specifico mRNA complementare 3’5’
 L’mRNA prodotto all’interno del nucleo viene traslocato nel citoplasma
 Trasformato in «matrice» per il corretto allineamento degli aa di un
nuovo polipeptide
Traduzione o Sintesi Proteica
Molecole necessarie per la traduzione
mRNA-ribosomi
Aminoacidi
tRNA
Differenti classi di enzimi
Aminoacil-tRNA sintetasi
Peptidil-trasferasi
Ioni Mg2+
Nucleosidi trifosforici
ATP
GTP
Fattori proteici che intervengono durante le diverse fasi della sintesi proteica
Caratteristiche mRNA eucariotico
• Ad entrambe le estremità dell’mRNA (5’ e 3’) troviamo sequenze che non
vengono tradotte, ma hanno un ruolo come regolatore
• Estremità 5’: la sequenza non tradotta TRATTO LEADER presenta sempre
un nucleoside «guanosina modificato» (Cap 5’) e seguito da codone di inizio
AUG
• Il TRATTO LEADER ha la funzione di:
-impedire al tratto 5’ mRNA di non essere digerito dall’enzima esonucleasi
-favorire il trasporto dell’mRNA fuori dal nucleo
-favorire il posizionamento dell’mRNA sul ribosoma per l’inizio della
traduzione
• Estremità 3’: la sequenza non tradotta TRAILER segue uno dei codoni di
terminazione UAG,UAA,UGA
• È costituito da una serie di ribonucleotidi Adenina (50-250)coda di poli A
Aiuta i ribosomi a riconoscere l’mRNA come
una molecola da dover essere tradotta
Traduzione o Sintesi Proteica
3 tappe
Fase
Di
Inizio
Fase
Di
Allungamento
Fase
Di
Terminazione
1. Fase di inizio
@ La traduzione dell’mRNA avviene in direzione 5’3’ ed inizia dall’estremità
N-terminale della proteina futura
@ Nelle cellule eucariote il primo aminoacido è rappresentato dalla metionina
(met) ovvero l’aa codificato dal codone di inizio AUG che troviamo
all’estremità 5’ dell’mRNA
@ Fattori di inizio (eIF-1,eIF-1A,eIF-3) si associano alla subunità 40S
ribosomiale quando inizia la sintesi proteica
tRNA+Met+GTP+fattore
di inizio eIF-2
Complesso di pre-inizio
Subunità minore 40S
eIF-4A
eIF-4E
eIF-4G
Si associa al Cap 5
Complesso
di inizio
Complesso
di inizio
Met-tRNA
Il complesso di inizio scorre lungo tutto il
filamento di mRNA direzione 5’ 3’ fino ad
arrivare al codone AUG di inizio
Il tRNA iniziatore o anche metionil-tRNA lega al
codone AUG il suo anticodone complementare UAC
Rilascio dei fattori di inizio sia per l’idrolisi del GTP sia per eIF-5
e si associa la subunità maggiore 60S
L’attacco della subunità 60S richiede
dispendi di energia generato
dll’idrolisi del GTP-legato in GDP+Pi
(fosfato inorganico)
2. Fase di Allungamento
@ Ha inizio quando le due subunità ribosomiali, 40S e 60S, si sono unite in
ribosomi
@ Formazione di due siti: sito A e sito P
Sito A (aminoacilico)
Sede dell’attacco dell’aminoaciltRNA
Sito P (peptidilico)
Sede in cui si trova il peptidiltRNA, ovvero legato alla catena
polipeptidica in crescita
In questi siti avviene il riconoscimento
dei codoni del mRNA ed il legame
dell’anticodone del tRNA
2. Fase di Allungamento
Caratterizzata da una serie di cicli di formazione del legame peptidico ed
il numero dipende dalla quantità di aminoacidi che costituiranno la catena
peptidica
Ogni ciclo di allungamento prevede l’intervento di:
- 1 aminoacil-tRNA
- Fattori di allungamento
- Idrolisi di 1 molecola di GTP come forma di energia
1° ciclo di allungamento
tRNA si posizione nel sito A grazie
ad un fattore di allungamento che
lascia il ribosoma grazie all’idrolisi
di una molecola di GTP
Formazione del primo legame
(formazione di un dipeptide)
peptidico
tRNA-Met
Nel sito P
tRNA-aa
Nel sito A
2. Fase di Allungamento
Nel sito A
Avviene il legame tra le basi presenti sul codone dell’mRNA e le basi
dell’anticodone del tRNA grazie al fattore di allungamento eIF-1
Consente il legame al ribosoma solo del
tRNA che lega l’aa appropriato
Sulla subunità minore
ribosomiale
Sito A e sito P
interazione codone-anticodone
Sulla subunità maggiore
ribosomiale
È associata all’estremità aminoacilica
2. Fase di Allungamento
I siti A e P sono estremamente vicini per consentire la formazione del
legame aminopeptidico tra due aa
Peptidil-trasferasi
Ribozima,
Si forma un legame peptidico tra il
gruppo –NH+ dell’aminoacido del sito A
ed il gruppo –CO- dell’aa del sito P
ovvero un RNA
presente
nella
subunità
maggiore con azione catalitica
Il sito P avrà un tRNA-dipeptidico ed il sito A avrà legato solo il tRNA privo
di aa
2. Fase di Allungamento
TRASLOCAZIONE
Fattore di
allungamento
eEF-2
GTP
GDP+ Pi
@ Il ribosoma unito si sposta di una tripletta (tre basi nucleotidiche)
sull’mRNA in direzione 5’3’
@ Dal sito A si ha il distacco del tRNA privo di aminoacido e rientra nel
citoplasma
@ Dal sito A al sito P si ha la traslocazione del tRNA-dipeptidico
2. Fase di Allungamento
NOTE
I cicli della fase di allungamento si ripetono n volte fino a quando nel
sito A del ribosoma non si posiziona uno dei tre codoni di stop
UAG,UAA,UGA
Durante la fase di allungamento o meglio durante la traslocazione se si
utilizza un microscopio elettronico si osserva che le due subunità ribosomiali
ruotano leggermente in direzioni opposte aumentando cosi lo spazio intrasubunità e consentendo al ribosoma stesso di scivolare lungo l’mRNA
3. Fase di Terminazione
Sul sito A si lega un codone di stop presente lungo l’mRNA
Nessun tRNA-aminoacilico
complemetare nel sito A
si
legherà
con
il
proprio
anticodone
In tal caso si legherà un fattore proteico di rilascio o anche fattore di
terminazione: eRF-1
Attraverso la cristallografia a raggi X il fattore di terminazione proteico
ha una struttura molto simile a quella di un tRNA
3. Fase di Terminazione
Sito A
+
Alterazione dell’attività catalitica
dell’enzima peptidil-trasferasi
fattore di terminazione
tRNA-H20
tRNA-aa
Si ha cosi l’idrolisi del legame tra il
polipeptide ed il tRNA agganciato al
sito P
La neo-proteina viene rilasciata nel
citoplasma
Il ribosoma si distacca dall’mRNA
Le subunità ribosomiali si dissociano
GTP
GDP+ Pi
Traduzione o Sintesi Proteica
La velocità di sintesi proteica è regolata da un fattore di inizio iEF-2
nelle cellule eucarite
Dove tale fattore è stato inattivato le cellule presentano una marcata
riduzione della velocità di attivazione della sintesi proteica
Durante la sintesi proteica le proteine si piegano su se stesse e prendono
la struttura tridimensionale che le contraddistingue per la loro attività
biologica specifica
Traduzione o Sintesi Proteica
La proteina di nuova sintesi è inattiva nel momento in cui si stacca dal
ribosoma e prima di assumere un ruolo funzionale nella cellula deve subire
uno o più modifiche post-traduzionali
Le modifiche post-traduzionali più frequenti sono:
@ Modifica o rimozione dell’aminoacido N-terminale
@ Rimozione di corte sequenze aminoacidiche
@ Formazione di legami o ponti disolfuro (S-S, cisteina-cisteina)
@ Aggiunta di alcuni aminoacidi, di gruppi carbossilici, di gruppi fosforici,
di gruppi metilici o di catene oligosaccaridiche laterali
Delocalizzazione proteica post-traduzionale
Smistamento delle proteine di nuova sintesi o anche detto sorting
La cellula eucariota per delocalizzare le proteine di nuova sintesi utilizza
sistemi molto sofisticati
Costituiti da: segnali, recettori ed altri fattori come le proteine di
accompagnamento (chaperoni) e segnali specifici presenti sulle neoproteine che ne determinano la destinazione
1. Le proteine destinate al citosol vengono semplicemente rilasciate dai
ribosomi citoplasmatici grazie alla presenza di sequenze aminoacidiche
specifiche che fungono da segnali di smistamento
Delocalizzazione proteica post-traduzionale
2. Le proteine destinate ad essere inserite nella membrana plasmatica,
all’interno dei lisosomi o quelle destinate ad essere escrete dalla cellula
hanno i primi 15-30 aminoacidi (in prevalenza apolari) noti come peptide
segnale
Grazie alla presenza del peptide di segnale la sintesi proteica si
arresta alla fine della traduzione dello stesso e può prosegurie soltanto
dopo che il ribosoma si lega alla membrana del Reticolo Endoplasmatico
(ER)
Dal reticolo endoplasmatico le proteine glicosilate vengono trasportate
verso l’apparato del Golgi etc.
Distruzione delle proteine
L’emivita di una proteina dipende dalla natura del residuo N-terminale
Le proteine che devono essere degradate vengono fatte legare ad
un’altra proteina presente nelle cellule eucariote che prende il nome di
UBIQUITINA
Attention
Informazioni contenute nel DNA
CODICE GENETICO
PROTEINE
20 aa PROTEINOGENI
3 basi nucleotidiche dell’mRNA
1 aminoacido
Es. UUU  fenilalanina (Phe)
Es. AUG  codone di inizio
 codifica per metionina (Met)
Attention
Es. 6 triplette differenti codificano per
Arginina (Arg) e per Leucina (Leu)
Codici degenerato
Questo fenomeno si verifica perché il numero di
combinazioni per le triplette è numericamente superiore e
per non avere triplette non senso a seguito di mutazioni
puntiforme, ovvero modifiche di un solo nucleotide
Mutazione silente = si ha la modifica di un nucleotide della
tripletta ma si ha la sintesi di una proteina con modifica di
un solo aminoacido
Attention
Modifiche di laboratorio
iCAG= isocitosina  nucleotide modificato sul filamento di mRNA
(codone)
iGUC= isoguanina
(anticodone)
nucleotide
modificato
sul filamento
IODOTIROSINA= aa non naturale
Possibile sintesi di nuove proteine
Problemi etici
di
tRNA