Il flusso dell’informazione
e il dogma centrale (Crick, 1958)
Trascrizione
Traduzione
Traduzione
Garrett & Grisham
La natura del codice genetico e
la sintesi proteica
• Occorre tradurre il linguaggio “a quattro lettere” (basi)
dell’RNAm in uno a 20 lettere (amminoacidi) delle proteine
• È richiesto un codice a triplette: 4 3 = 64, mentre 42 = 16
non basterebbe per codificare 20 amminoacidi. Un gruppo
di tre basi codifica per un amminoacido.
• Il codice non è sovrapposto
• La sequenza è letta da un punto di partenza fisso, senza
“punteggiatura” (interruzioni)
• Il codice è degenerato (tranne Trp e Met, ogni
amminoacido può essere codificato da più triplette)
Il codice genetico non è
sovrapposto
Codice non
sovrapposto
Codice
sovrapposto
Una sequenza teoricamente può essere
letta in più modi
con diversi moduli o “frames” di lettura
Questo accade per alcuni virus e
batteri
“Frame o griglia di lettura”,
delezioni ed inserzioni
• “Gene” corretto:
– THE BIG RED FOX ATE THE EGG
• Delezione:
– THE IGR EDF OXA TET HEE GG..
• Inserzione:
– THE IGR EDX FOX ATE THE EGG
• Una inserzione e una delezione ripristinano
il corretto “frame di lettura”
Voet
Il codice
genetico
Il codice genetico
• Tutti i codoni (triplette) hanno un significato (61
codificano, tre sono codoni di terminazione)
• Il codice non è ambiguo
• Codoni
che
rappresentano
lo
stesso
amminoacido (sinonimi) o amminoacidi simili
hanno spesso sequenza simile
• Spesso la terza base è irrilevante
• Il codice genetico “standard” è largamente
diffuso, ma non universale
• In alcune circostanze, un codone di terminazione
UGA codifica per la selenocisteina
La degenerazione
protegge in parte
dalle mutazioni
da: Champe
Mutazione silente
Nel DNA A al posto di C
TACACCGAGGGACTAATT……
Trascrizione
mRNA
AUGUGGCUCCCUGAUUAA…
peptide
Met Trp Leu Pro Asp STOP
Per la degenerazione del codice genetico non si ha cambiamento della
viene sintetizzata la stessa proteina
Mutazione di senso
Nel DNA A al posto di T
TACACCGAGGGCCAAATT……
Trascrizione
mRNA
AUGUGGCUCCCGGUUUAA…
peptide
Met Trp Leu Pro Val STOP
si ha cambiamento della tripletta, viene viene modificato il messaggio
Mutazione senso a livello dell’emoglobina
Gli RNA transfer (RNAt)
servono da adattatori
tra RNAm e
amminoacidi
RNAt
Adattatore
Tripletta che codifica
per un amminoacido
Struttura dei tRNA
codon e anticodon sono antiparalleli
Interazione
tra RNAt e
RNAm
L’attivazione degli amminoacidi
richiede ATP
L’amminoacil-AMP è una
anidride mista
Formazione dell’amminoacil-RNAt
La fenilalanina è selezionata tramite il suo codone
I ribosomi
• Legano RNAm in modo che i codoni
interagiscano correttamente con gli
anticodoni dell’RNAt
• Contengono siti per il peptide
nascente (sito P) e per amminoacilRNAt entrante (sito A)
• Favoriscono l’interazione con fattori
proteici non ribosomiali
• Catalizzano la formazione del legame
peptidico (ribozima)
• “Scorrono” in modo da tradurre i
codoni in sequenza (traslocazione)
Una cellula procariotica
ribosomi
In Escherichia coli circa 20000 ribosomi/cellula
I ribosomi ocntngono l’80 % dell’RNA totale
Allungamento
Terminazione
• La terminazione è segnalata
da tre triplette “senza senso”
(che non corrispondono ad un
RNAt; UAA, UAG, UGA)
• Quando al sito A c’è una
tripletta “senza senso” , fattori
di rilascio (RF) favoriscono la
idrolisi del legame tra peptide
e ultimo RNAt e la
dissociazione delle subunità
ribosomiali a spese di GTP
RF si
lega
Il legame
peptidil-RNAt
si idrolizza
I componenti
si dissociano
Polisomi
Gruppi di ribosomi che leggono lo
stesso RNAm e rendono possibile la
rapida traduzione di un messaggio
Direzione
della
traduzione
Modificazioni post-traduzionali delle proteine
Nei batteri c’è uno stretto
accoppiamento fra trascrizione e
traduzione
Direzione della trascrizione
Direzione della traduzione
Negli eucarioti traduzione e
trascrizione avvengono nel nucleo
e nel citoplasma
Problema degli eucarioti:
Le regioni codificanti dei geni degli
eucarioti sono interrotte da
sequenze che devono essere
eliminate
Negli
eucarioti
un
problema
in più:
lo splicing
Gli INTRONI
possono essere
visualizzati
ibridando mRNA
con DNA
genomico
Decifrare il Codice!


1953: DNA structure (Watson
and Crick)
1961: the genetic code
(Matthaei and Nirenberg)
…nel frattempo….


George Gamow – a Russian physicist, is excited by the
double helix
The “RNA tie club”
F. Crick fu il primo a venire a sapere
che il codice si legge a triplette
14.3 Studies by Nirenberg, Matthaei, and
Others Led to Deciphering of the Code
14.3.1 Synthesizing Polypeptides in a Cell-Free
System
Marshall Nirenberg (1927-) pioneered the use of cell-free
translation systems
Nirenberg was a gator (‘48 B.S., ‘52 M.S.) who later received
a Ph.D. from Michigan and moved to the NIH
Triplet Binding Assay
Results of
Synthetic
Copolymer
Experiments
But … there isn’t only 1 code, but 16!