Acidi nucleici – 7
presentazione del prof. Ciro Formica
Immagini e testi tratti dai website di: genome.wellcome.ac.uk, dnaftb.org, unipv.it, unimi.it,
wikipedia.it, unibs.it, unina.it, uniroma2.it, nih.gov, zanichelli.it, sciencemag.org, ncbi.gov
2
1- il codice genetico,
2- la traduzione del messaggio
genetico,
3-la biosintesi delle proteine,
4 - principali meccanismi di regolazione
genica
La traduzione in procarioti ed eucarioti
3
Il codice genetico
UUU
UUC
Fenilalanina
PHE
UCU
UCC
UAU
Serina
SER
UAC
UUA
UCA
UUG
UCG
UAG
CCU
CAU
CUU
CUC
Leucina
LEU
CCC
Prolina
PRO
UAA
CAC
CUA
CCA
CUG
CCG
CAG
AUU
ACU
AAU
AUC
Isoleucina
ILE
AUA
AUG
ACA
Codone
inizio
GUU
GUC
GUA
GUG
ACC
Valina
VAL
Treonina
THR
CAA
AAC
AAA
ACG
AAG
GCU
GAU
GCC
GCA
GCG
Alanina
ALA
GAC
GAA
GAG
Tiroxina
TYR
STOP
UGU
UGC
Cisteina
CYS
UGA
STOP
UGG
Triptofano TRP
Istidina
HIS
CGU
Glutammina
GLN
CGA
Asparagina
ASN
Lisina
LYS
CGC
Arginina
ARG
CGG
AGU
AGC
AGA
AGG
Ac.Aspartico
ASP
GGU
Ac.glutammico
GLU
GGA
GGC
GGG
Serina
SER
Arginina
ARG
Glicina
GLY
Non sovrapponibiltà delle triplette del codice genetico.
5
I ribosomi
Subunità maggiore
6
è formata da
-sito A: accoglie i codoni dei singoli amminoacidi,
-sito P: si forma il legame peptidico,
-sito E: avviene il rilascio del tRNA
Subunità minore
si lega all’mRNA per fare da guida durante la sintesi proteica
tRNA
7
1- braccio dell’amminoacido con la
sequenza CCA all’estremità 3’ cui si lega
l’amminoacido corrispondente al codone
riconosciuto
2- braccio TψC
3- braccio dell’ anticodone
complementare al codone di mRNA con
la posizione wobble
4- braccio extra (variabile)
5- braccio D
6- estremità 5’
Fasi della traduzione
8
Inizio si forma un complesso tra mRNA
(codone d’inizio AUG),
tRNA della metionina (anticodone UAC), subunità minore del
ribosoma  legame al sito P del ribosoma
Allungamento il 2. codone è accolto al sito A dove arriva il 2. tRNA
col 2° amminoacido (aa.)  si forma il legame peptidico tra i due
aa.
Il mRNA si sposta in direzione 5’3’ (a sinistra nella figura) così il
primo tRNA slitta al sito E e viene espulso, il secondo tRNA slitta
al sito P .
Il ciclo di allungamento si ripete allo stesso modo per ogni aa.
aggiunto, mentre la catena polipeptidica si allunga.
Terminazione termina la sintesi bloccando l’addizione degli aa. ,
grazie a uno dei codoni STOP: UAA, UAG, UGA, causando la
dissoluzione dell’apparato di sintesi
Inizio
9
si forma un complesso tra mRNA (codone d’inizio AUG), tRNA
della metionina (anticodone UAC), subunità minore del
ribosoma  legame al sito P del ribosoma
Allungamento
10 arriva il 2. tRNA col 2°
il 2. codone è accolto al sito A dove
amminoacido (aa.)  si forma il legame peptidico tra i due aa.
Il mRNA si sposta in direzione 5’3’ (a sinistra nella figura) così il
primo tRNA slitta al sito E e viene espulso, il secondo tRNA slitta
al sito P .
Il ciclo di allungamento si ripete allo stesso modo per ogni aa.
aggiunto, mentre la catena polipeptidica si allunga.
Terminazione
Poiché nessun tRNA riconosce i codoni
STOP, al sito A non
11
entreranno più tRNA  la sintesi termina bloccando l’addizione
degli aa. I tRNA ritornano liberi nella cellula per essere riutilizzati
Le due subunità del ribosoma si staccano
L’mRNA può essere riletto
La proteina così prodotta subirà il processo di maturazione
Animazione della traduzione
http://www.dnalc.org/resources/3d/15-translation-basic.html
12
Transcript: When the RNA copy is complete, it snakes out into the outer part of the cell.
Then in a dazzling display of choreography, all the components of a molecular machine
lock together around the RNA to form a miniature factory called a ribosome. It translates
the genetic information in the RNA into a string of amino acids that will become a protein.
Special transfer molecules — the green triangles — bring each amino acid to the ribosome.
The amino acids are the small red tips attached to the transfer molecules. There are
different transfer molecules for each of the twenty amino acids. Each transfer molecule
carries a three letter code that is matched with the RNA in the machine. Now we come to
the heart of the process. Inside the ribosome, the RNA is pulled through like a tape. The
code for each amino acid is read off, three letters at a time, and matched to three
corresponding letters on the transfer molecules. When the right transfer molecule plugs in,
the amino acid it carries is added to the growing protein chain. Again, you are watching
this in real time. And after a few seconds the assembled protein starts to emerge from the
ribosome. Ribosomes can make any kind of protein. It just depends what genetic message
you feed in on the RNA. In this case, the end product is hemoglobin. The cells in our bone
marrow churn out a hundred trillion molecules of it per second! And as a result, our
muscles, brain and all the vital organs in our body receive the oxygen they need.
churn out=sfornare in grandi quantità
Insulina umana
13
Ser 3
Leu 6
Arg 1
Ala 1
Gly 4
Thr 2
Pro 1
Val 3
Ile 2
Cys 6
(3 ponti S-S)
Trp
Met
La regolazione genica
I geni costitutivi (housekeeping) esprimono proteine indispensabili
(es. enzimi) per la vita e sono sempre attivi
I geni non costitutivi sono soggetti a meccanismi di regolazione che
consentono alle cellule di reagire alla variazione degli stimoli
esterni
La cellula sintetizza solo le proteine necessarie
Negli organismi più complessi ogni tessuto si specializza per
svolgere una determinata funzione e non sono espressi i geni che
codificano per altre funzioni
regolazione nei procarioti-operone triptofano
Componenti: operatore (con repressore e co-repressore),
promotore, gene regolatore
I geni strutturali dell’operone triptofano (corepressore) codificano
per gli enzimi che catalizzano la sua sintesi. Quando il triptofano è
presente, non è necessario produrlo: il repressore si lega
all’operatore e la trascrizione è bloccata
Il fine è esprimere oppure no il prodotto finale triptofano
regolazione nei procarioti-operone lattosio
Componenti: operatore (con induttore), promotore, gene regolatore
I geni strutturali dell’operone lattosio (induttore) codificano per gli
enzimi per la sua demolizione. Quando è presente il lattosio, il
repressore libera l’operatore e la trascrizione è attivata
Il fine è esprimere oppure no il prodotto finale lattosio
regolazione negli eucarioti
Meccanismi:
-regolare la trascrizione
-rielaborate il trascritto primario
-regolare la traduzione
Il fine del differenziamento cellulare è la regolazione genica
differenziale, cioè esprimere solo le proteine (proteoma) che
interessano un dato tessuto, organo o apparato
1- regolare la trascrizione
L’azione viene svolta da sequenze poste a monte del promotore:
Enhancer  sotto il controllo di proteine dette attivatori che
aumentano la capacità del TFIID di legarsi alla TATA box
Silencer  sotto il controllo di proteine dette inibitori, che
impediscono il legame alla TATA box
per indirizzare l’mRNA sui ribosomi vengono aggiunti
-il cap (cappuccio)
-la coda di poli A
2-trascritto primario: splicing alternativo
l’informazione portata da un gene può determinare la formazione
di RNA maturi diversi e la conseguente sintesi di proteine differenti
3-regolare la traduzione
la traduzione può essere regolata ostacolando l’attacco dell’mRNA
ai ribosomi:
-modificare la sequenza leader di attacco
-attivare un repressore che si lega all’mRNA  viene impedita la
lettura da parte dei ribosomi