TRADUZIONE
LA TRADUZIONE E’ QUEL PROCESSO ATTRAVERSO CUI SI PASSA
DAL LINGUAGGIO RIBONUCLEOTIDICO DELL’RNA A QUELLO
AMINOACIDICO DELLE PROTEINE.
IL CODICE GENETICO E’ L’INSIEME DI CODONI (TRIPLETTE
NUCLEOTIDICHE) A CUI CORRISPONDONO I VARI AMINOACIDI
PIU’ I CODONI DI TERMINE (CODONI NON SENSO).
SUE PROPRIETA’ FONDAMENTALI SONO:
i) CONTINUITA’ (Eccezione di alcuni fagi –es
es.:
.: fX174
X174- in cui il codice è
embricato);
ii) DEGENERAZIONE
DEGENERAZIONE;;
iii) UNIVERSALITA’
UNIVERSALITA’ (Ad eccezione di alcuni codoni mitocondriali cha hanno
un significato diverso rispetto agli mRNA citoplasmatici)
ESPERIMENTO DI BRENNER E CRICK: L’UNITA’ ELEMENTARE
CODIFICANTE E’ UNA TRIPLETTA!
ABC ABC ABC ABC ABC…
i) 1° delezione (B della 1°
1° tripletta) – ACA BCA BCA BCA BC…
ii) 2° delezione (C della 2°
2° tripletta) – ACA BAB CAB CAB C…
iii) 3° delezione (A della 4°
4° tripletta) – ACA BAB CBC
ABC…
DOPO LA TERZA MUTAZIONE (DELEZIONE IN QUESTO CASO) RIAPPARE
LA TRIPLETTA ABC, SI RIPRISTINA LA CORRETTA CORNICE DI LETTURA
ESPERIMENTI DI NIREMBERG,
LEDER E KHORANA: LA DECIFRA=
ZIONE 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 (Khorana
(Khorana;; Ochoa
Ochoa;; Niremberg
Niremberg;;
Matthaei;; Leder)
Matthaei
I CODONI 5’5’-UGA
UGA--3’ E 5’5’-UAG
UAG--3’
OLTRE AD ESSERE NON SENSO,
POSSONO CODIFICARE PER SELENOCISTEINA
E PIRROLISINA
PIRROLISINA,, RISPETTIVAMENTE.
61 CODONI CODIFICANTI PER 20 aa
aa..
3 SEGNALI DI STOP
I RIBOSOMI
I Ribosomi hanno un diametro di circa
1515
-30 nm (Procarioti ed Eucarioti
Eucarioti,,
rispettivamente), sono costituiti da
proteine ed rRNA
rRNA.. Sia nei
Procarioti che negli Eucarioti
Eucarioti,, sono
costituiti da una subunità maggiore
e da una subunità minore
minore..
PROCARIOTI
SUBUNITA’ MAGGIORE = 50S
(rRNA 23S e 5S + 34 proteine)
SUBUNITA’ MINORE = 30S
(rRNA 16S + 21 proteine)
70S
SUBUNITA’ MAGGIORE = 60S
(rRNA 28S, 5.8S e 5S + 45 proteine)
EUCARIOTI
SUBUNITA’ MINORE = 40S
(rRNA 18S + 33 proteine)
80S
I RIBOSOMI EUCARIOTICI POSSONO ARRIVARE AD ESSERE
CENTINAIA DI MIGLIAIA IN UNA CELLULA IN ATTIVA
SINTESI PROTEICA. SI POSSONO TROVARE:
1) LIBERI NEL CITOPLASMA (SINTETIZZANO PROTEINE CHE
RIMARRANNO ALL’INTERNO DEL CITOSOL);
2) ADERENTI ALLE MEMBRANE DEL RER (RETICOLO ENDOPLA=
SMATICO RUVIDO) O DEL NUCLEO (SINTETIZZANO PROTEINE
CHE VERRANNO SECRETE DALLA CELLULA O CHE RIMARRANNO
RACCHIUSE IN VESCICOLE ALL’INTERNO DEL CITOPLASMA
CELLULARE)
MATURAZIONE DEGLI rRNA EUCARIOTICI
tRNA
Assumono una conformazione secondo
il modello a trifoglio
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,
durante la traduzione al codone
dell’mRNA
dell’
mRNA
Questo appaiamento è fondamentale
per l’inserimento dell’amminoacido
corretto,come specificato dall’ m-RNA
RNA,,
nella catena polipeptidica in crescita.
STRUTTURA DELL’ mRNA MATURO
Cap
5’
7mGppp
initiation
5’ untranslated region
AUG
translated region
UGA
3’ untranslated region
termination
polyadenylation signal
AAUAAA
(A)~200
poly(A) tail
3’
NOTA: DISPOSIZIONE ANTIPARALLELA TRA CODONE
NOTA:
DELL’mRNA
DELL’
mRNA ED ANTICODONE DEL tRNA
Attivazione dell’aminoacido
(Fase ATP
ATP-dipendente
dipendente))
ATP + Aminoacido = Aminoacido adenilato + 2P
Aminoacido adenilato + tRNA = AminoaciltRNA + AMP
Azione dell’
dell’aminoacil
aminoaciltRNA
-sintetasi
Anidride acida
(legame ad alta energia
acilacil
-fosfato
fosfato))
AminoacilAminoacil
-tRNA
TRADUZIONE NEI PROCARIOTI
Fase GTP
GTP-dipendente
Inizio
Sequenza di Shine
ShineDalgarno:: facilita il
Dalgarno
riconoscimento dell’mRNA
dell’mRNA
da parte della subunità
minore del Ribosoma.
Ribosoma. In
particolare la sequenza
consenso 5’
5’-AGGAGGU
AGGAGGU-3’
dell’mRNA (che si trova in
prossimità della tripletta
di inizio AUG)
complementarizza con la
sequenza 3’
3’-UCCUCCA
UCCUCCA-5’
dell’rRNA 16S (subunità
(subunità
minore del ribosoma
ribosoma)!
)!
Fase GTP
GTP-dipendente
Inizio
IF1 ED IF3 HANNO IL COMPITO DI STABILIZZARE
LA SUBUNITA’ MINORE DEL RIBOSOMA CHE, COSì
TENDERà A NON LEGARSI CON LA SUBUNITà MAGGIORE.
IF2,, GRAZIE ALL’IDROLISI DI GTP, PORTA IL PRIMO aa
IF2
aa.. (f
(f-Met
Met))
SPECIFICATO DA AUG.
fMet:: il primo
fMet
aa.. ad essere
aa
incorporato
nella catena
aa.. nascente
aa
Fase GTP
GTP-dipendente
Inizio
Assemblaggio del
Ribosoma
Fase GTP
GTP-dipendente
Inizio (Assemblaggio del Ribosoma)
SITO P (PEPTIDICO) = Vi si trova legato il f-Met
Met-tRNA
SITO A (AMINOACIDICO) = Accoglie l’aa
l’aa.. Successivo che si legherà ad f-Met
SITO E (USCITA)
Fase GTP
GTP-dipendente
Inizio…Ricapitolando
1. Il tRNA iniziatore portante la formil
formil-metionina si lega alla subunità minore
del ribosoma assieme a dei fattori d’inizio (IF1, IF2 ed IF3).
2. Si lega l’mRNA
l’mRNA,, la subunità minore del ribosoma scorre sull’mRNA
sull’mRNA fino a
quando non incontra il codone d’inizio AUG.
3. Si instaura il legame tra l’AUG e l’anticodone del tRNA iniziatore.
4. Si associa la subunità maggiore.
5. Il tRNA iniziatore occupa il sito P, al sito A è presente il secondo codone
dell’ mRNA
Procarioti: 20 aa al secondo
Eucarioti:: 2 aa al secondo
Eucarioti
Fase GTP
GTP-dipendente
Allungamento
ALLUNGAMENTO MEDIATO DAI
FATTORI EF
EF--Ts
Ts--Tu ed EFG.
Tu SI DISSOCIA DA Ts E,
UTILIZZANDO GTP, PORTA
L’AMINOACIL
L’
AMINOACIL--tRNA SUL
MESSAGGERO. DOPO AVER
LIBERATO L’AA. Tu SI RICONGIUNGE
A Ts…IL CICLO RIPRENDE PER LA
TRIPLETTA SUCCESSIVA.
Fase GTP
GTP-dipendente
Allungamento
Formazione del legame
peptidico mediante
reazione
di transpeptidazione
transpeptidazione..
NOTA: Il legame
Si forma sfruttando
l’energia contenuta nel
legame estere tra tRNA
ed aa
aa.. (formatosi durante
l’attivazione dell’aa
dell’aa.)!!!
.)!!!
Formazione del legame peptidico
L’attività catalitica
peptidiltransferasica
è contenuta
nella subunità maggiore del
ribosoma (rRNA
(rRNA 23S)
Fase GTP
GTP-dipendente
Allungamento
Al sito A si lega il tRNA acilato (portante il secondo
aminoacido della catena polipeptidica
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..
aminoacidica
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
dell’mRNA
pronto ad ospitare un nuovo tRNA acilato
Fase GTP
GTP-dipendente
Terminazione
La presenza di più segnali di STOP stimola
la comparsa di fattori di rilascio RF1
RF1,, RF2
ed RF3
RF3..
Quando al sito A sarà presente uno dei 3
segnali di arresto (UAA, UGA, UAG), si
legheranno dei fattori di terminazione e la
sintesi sarà bloccata
I fattori di rilascio si legano a
qualunque ribosoma col segnale
di stop nel sito A, forzando la
peptidil transferasi a ad
aggiungere una molecola di
acqua invece di un aminoacido al
peptidil tRNA
tRNA.. Questo libera
l’estremità carbossilica della
Il fattore RRF favorisce
catena polipepptidica
polipepptidica..
il disassemblaggio
Vi sono due classi di fattori di rilascio. I
delle due subunità
fattori di classe I riconoscono i segnali di
stop e innescano l’idrolisi della catena
polipeptidica.. I fattori di classe II (regolati
polipeptidica
da GTP) stimolano la dissociazione dei
fattori di classe I dal ribosoma.
I fattori di rilascio di classe I simulano
un tRNA dal punto di vista strutturale
possedendo un peptide anticodone
(SPF) che riconosce il segnale di stop
ed un motivo GGQ, vicino al sito
peptidiltransferasico che stimola
l’idrolisi del peptide.
ribosomali!!
ribosomali
I ribosomi scorrono numerosi l’uno dietro
l’altro, sull’mRNA
sull’mRNA formando i POLISOMI, al
fine di sfruttare numerose volte la stessa
molecola di mRNA che ha una emivita di
poche ore!
Traduzione - Inizio
fMet
Large
subunit
5’
E
P
A
3’
UAC
GAG...CU-AUG--UUC--CUU--AGU--GGU--AGA--GCU--GUA--UGA-AT GCA...TAAAAAA
Small mRNA
subunit
Traduzione - Allungamento
Polypeptide
Arg
Met
Phe
Leu
Ser
Aminoacyl tRNA
Gly
Ribosome
P
A
E
3’
CCA
GAG...CU-AUG--UUC--CUU--AGU--GGU--AGA--GCU--GUA--UGA-AT GCA...TAAAAAA
5’
mRNA
Traduzione - Allungamento
Polypeptide
Met
Phe
Leu
Ser
Gly
Arg
Aminoacyl tRNA
Ribosome
5’
E
P
A
3’
CCA UCU
GAG...CU-AUG--UUC--CUU--AGU--GGU--AGA--GCU--GUA--UGA-AT GCA...TAAAAAA
mRNA
Traduzione - Allungamento
Polypeptide
Met
Phe
Leu
Ser
Gly
Arg
Ribosome
E
P
A
CCA UCU
GAG...CU-AUG--UUC--CUU--AGU--GGU--AGA--GCU--GUA--UGA-AT GCA...TAAAAAA
5’ mRNA
3’
Traduzione - Allungamento
Polypeptide
Met
Phe
Leu
Ala
Ser
Gly
Aminoacyl tRNA
Arg
Ribosome
P
E
CCA
5’
A
3’
UCU
GAG...CU-AUG--UUC--CUU--AGU--GGU--AGA--GCU--GUA--UGA-AT GCA...TAAAAAA
mRNA
Traduzione - Allungamento
Polypeptide
Met
Phe
Leu
Ser
Gly
Arg
Ribosome
5’
E
Ala
P
A
3’
UCU CGA
GAG...CU-AUG--UUC--CUU--AGU--GGU--AGA--GCU--GUA--UGA-AT GCA...TAAAAAA
mRNA
TRADUZIONE NEGLI EUCARIOTI
PRINCIPALI DIFFERENZE CON I
PROCARIOTI
1) Fase di inizio regolata da una decina di fattori
2) Aminoacido iniziatore è la Met (e non la f-Met
Met).
). Esistono due
MetMet
-tRNA diversi: uno che riconosce il codone di inizio e l’altro
che riconosce i codoni successivi
3) Non c’è una Sequenza Shine
Shine-Dalgarno
Dalgarno:: la subunità minore del ribosoma
dopo aver riconosciuto il 5’cap
5’cap,, inizia uno scanning della molecola di
mRNA fino ad incontrare (dopo in media 100 nt. Dall’inizio) l’AUG
4) Mancando la sequenza Shine
Shine-Dalgarno
Dalgarno,, a livello degli mRNA eucariotici
l’AUG viene individuato poiché all’interno di una sequenza (GCCGCCA/G
CCAUG
CC
AUGG)
G) detta di Kozak
5) Gli mRNA eucariotici sono detti monocistronici
6) I Fattori di rilascio sono 3 nei Procarioti contro 1 (eRF3) degli Eucarioti
NOTA: La conoscenza approfondita delle differenze dei processi molecolari
NOTA:
coinvolti nella traduzione propro- ed eucariotica ha portato alla produzione di
molecole antibiotiche quanto più selettive possibile e pertanto meno tossiche
per le cellule eucariotiche
eucariotiche!! (Es
(Es:: Antibiotici Eritromicina e Streptomicina)
QUESTO MECCANISMO RENDE
PIU’ EFFICIENTE LA TRADUZIONE
ED AVVIENE SOPRATTUTTO IN
MITOSI, DOPO LA METAFASE!
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
Modificazioni post
post-traduzionali
• Glicosilazione
• Acetilazione
• Fosforilazione