INTERAZIONE TRA mRNA, tRNA e RIBOSOMI
mRNA: porta l'informazione della sequenza degli aminoacidi di una determinata
proteina.
tRNA: ogni tRNA è specifico per il trasporto di un determinato aminoacido –
Ribosoma: officina che permette il corretto appaiamento tra mRNA e i diversi
tRNA e partecipa attivamente alla formazione della catena proteica.
Componenti della traduzione
STRUTTURA MOLECOLARE DEL tRNA
Nel piano: il filamento 5'→3' assume una forma detta a quadrifoglio con bracci in cui le basi
sono appaiate e anse senza appaiamento per basi modificate post-trascrizionalmente.
- ANSA D: vi si lega l'enzima aminoacilsintetasi specifico per legare un determinato
aminoacido al suo tRNA.
- ANSA dell'ANTICODONE: contiene una tripletta complementare e antiparallela al codone
che sull'mRNA codifica per un determinato aminoacido.
-ANSA del TϕC (ϕ=pseudouracile): necessaria per il legame tra il tRNA e rRNA nella subunità
grande del ribosoma
-Il tRNA termina al 3' con un codone CCA a cui viene legato l'aminoacido specifico di quel
tRNA.
Il
tRNA
nello
spazio si ripiega
aminoacido in una struttura
detta
a
L
rovesciata
dove
sono
bene
accessibili
e
visibili
l'ansa
dell'anticodone e
l'aminoacido
legato.
anticodone
Legame tra aminoacido e tRNA
L'aminoacido con il suo gruppo carbossilico (-COOH) si lega all'-OH del C3 del
ribosio del nucleotide (A) al 3' del tRNA.
I tRNA sono più di 20 (circa 30-40 in procarioti e anche 50 in eucarioti) per cui ad
alcuni aminoacidi corrisponde più di un tRNA.
Gli enzimi che legano l’aminoacido al rispettivo tRNA (aminoacil-sintetasi) sono
20 come il numero degli aminoacidi. Ognuno trasferisce un’ determinato AA al
rispettivo tRNA.
STRUTTURA MOLECOLARE DEL RIBOSOMA
Ricordiamo che:
in Eucarioti gli rRNA vengono
prodotti nel nucleolo (tranne il 5S
prodotto nel nucleo) dove entrano
anche le proteine ribosomiali
prodotte nel citoplasma che si
assemblano con i rispettivi rRNA
per dare i ribosomi
in Procarioti tutto ciò avviene nel
citoplasma.
-Il ribosoma ha una struttura
molecolare complessa formata da
rRNA e proteine ribosomiali.
-I ribosomi sono formati da due
subunità (piccola e grande) che si
assemblano solo al momento
della traduzione.
I ribosomi procariotici sono più piccoli dei
ribosomi eucariotici: le differenze tra ribosomi
procariotici ed eucariotici sono dovute al
numero e alle grandezze diverse degli rRNA e
al numero e alle grandezze diverse delle
proteine.
Struttura molecolare dell’ mRNA
-Il filamento di mRNA inizia al 5’con il CAP (7-metilguanosina): si legherà all'rRNA
18S durante la traduzione seguito dalla sequenza LEADER che non viene tradotta
in proteina
-la sequenza codificante inizia sempre con la tripletta AUG e termina con una
tripletta detta di STOP.
-segue un tratto detto TRAILER (rimorchio) non codificante e termina al 3’ con la
coda poliA
+1
leader
AUG
STOP
10-200 nt.
CAP
CH3-7-G
poli-A
50-250 nt.
proteina
Ciascun gene che codifica per una proteina ha il suo proprio promotore.
Trascrizione e traduzione avvengono nello stesso distretto (citoplasma) e sono
contemporanee nei Procarioti
Trascrizione e traduzione avvengono in distretti diversi e non sono
contemporanee negli Eucarioti
IL CODICE GENETICO
Perché avvenga la traduzione è necessario:
passare da un linguaggio fatto di NUCLEOTIDI ad un linguaggio di AMINOACIDI.
Gli aminoacidi presenti in tutte le proteine sono 20 mentre le basi sono solo 4.
Se ogni base specificasse per 1 amminoacido, avremmo solo 4 aminoacidi specificati 41=4.
Se la combinazione di due basi specificasse per 1 aminoacido, avremmo:42=16 aminoacidi
specificati.
Se la combinazione di tre basi specificasse per 1 aminoacido, avremmo: 43=64 combinazioni
per 20 aminoacidi,più che sufficienti per specificare i 20 aminoacidi
Il codice pertanto è a TRIPLETTE cioè la combinazione di tre basi specifica per 1
aminoacido. Ogni tripletta è detta codone
Esistono 3 triplette non codificano per nessun aminoacido e sono dette codoni di
STOP (UAG; UAA; UGA).
Poiché ci sono 64-3 (codoni di stop)=61 triplette per 20 aminoacidi si dice che il
codice è RIDONDANTE, cioè ogni aminoacido può essere specificato da più di un
codone.
Es. leucina 6 codoni, valina 4 codoni, triptofano e metionina 1 codone, etc….
CARATTERISTICHE DEL CODICE GENETICO
Il codice genetico è a TRIPLETTE cioè la combinazione di tre basi
specifica per 1 aminoacido
Il codice genetico è RIDONDANTE cioè ogni aminoacido può essere
specificato da più di un codone.
Il codice genetico NON E' AMBIGUO cioè un determinato codone
specifica per un solo aminoacido
Il codice genetico è UNIVERSALE cioè uguale per tutti gli esseri
viventi tranne alcune eccezioni.
Il codice genetico è SENZA PUNTEGGIATURA cioè viene letto
linearmente di seguito di tre basi in tre basi e non è
SOVRAPPONIBILE (es. la stessa base non può essere letta come
l’ultima di un codone e la prima del successivo).
MUTAZIONI PUNTIFORMI IN ZONE CODIFICANTI
A) CAMBIO di una base: Es. da A a G
Conseguenze:
1) nessuna se ad essere colpita è la terza base di un codone è probabile che il nuovo
codone codifichi per lo stesso aminoacido. Es. AGU→AGC codificano per Serina
2) cambio dell'aminoacido specificato dal nuovo codone. Es. UCU→CCU si passa da serina
a prolina
3) proteina più corta se un codone per l'aminoacido si tramuta in un codone di STOP
Es. UUA→UAA dal codone per leucina a un codone di stop
4) proteina più lunga se ad esempio da un codone di stop per mutazione si passa ad un
aminoacido qualsiasi
B) DELEZIONE o INSERZIONE di una base
Cambio della cornice di lettura. Da quel nucleotide (deleto o inserito) la proteina sarà tutta
diversa perché a codoni diversi corrisponderanno AA diversi
AUG⏐CAA⏐CCC⏐GGA⏐UAA⏐GCU⏐UAA
delezione
AUG⏐CAA⏐CCC⏐GGU⏐AAG⏐CUU⏐AA…
TRADUZIONE
INIZIO:
-L'mRNA si lega alla SUBUNITA' PICCOLA ribosomiale e al tRNAmet (codone con
anticodone) grazie a fattori di inizio e ad 1 GTP→GMP+P+P che dona energia necessaria per
il legame.
-L'mRNA in eucarioti l'mRNA si lega con il cappuccio al 18S rRNA.
-Successivamente si assembla la SUBUNITÀ GRANDE contenente due siti detti A e P per
accogliere i tRNA.
Solo il 1° tRNAmet si lega direttamente al sito P
1) La traduzione inizia sempre con Metionina il codone per Met èAUG, l’anticodone UAC
2) ALLUNGAMENTO
-Il 2° tRNA con l‘AA corrispondente si lega all'mRNA (2°codone/anticodone) e alla subunità
grande, nel sito A del ribosoma, grazie a fattori di allungamento e ad 1 molecola di GTP che
si scinde donando energia.
-Il legame che si forma tra i due AA avviene tra il gruppo carbossilico (-COOH) della
metionina e il gruppo amminico (-NH2) del 2° AA (legame peptidico) ad opera della Peptidiltransferasi.
-Dopo la formazione del legame peptidico il 1° tRNA, rimasto scarico della metionina, viene
allontanato dal sito P.
-Avviene quindi la traslocazione: l'mRNA scivola di un codone trascinandosi il 2° tRNA che
passa dal sito A al sito P, lasciando il sito A libero per l'attacco del 3° tRNA. Questa
traslocazione è mediata da un fattore di traslocazione e dalla scissione di una molecola di
GTP.
1) La lettura dell'mRNA procede in direzione 5'→3‘
2) La sintesi proteica procede dall'estremità N-terminale all'estremità C-terminale del
polipeptide
3) Il ciclo si ripete tante volte quanti sono gli AA che devono essere legati.
3) TERMINAZIONE
Quando sul sito A si trova un codone
di STOP, a cui non corrisponde
nessun tRNA, la sintesi si arresta.
Inoltre esistono fattori di rilascio che
si legano al sito A impedendo
comunque l'attacco dei tRNA.
La catena polipeptidica si stacca
dall'ultimo tRNA grazie ad un enzima
(idrolasi) con consumo di una
molecola di GTP. Le due subunità
ribosomiali si disassemblano.
antibiotici
(Ammanita falloide)
IL VACILLAMENTO DELLE BASI
Appaiamenti
Il legame tra codone e anticodone è
complementare e antiparallelo
codone/anticodone
Es. 3‘CAG5’ anticodone
5‘GUC3' codone
Il numero dei codoni (61) è più grande di
quello degli anticodoni. 61 codoni mentre i
tRNA sono circa 30-40 in procarioti e anche
50 in Eucarioti) Questo implica che alcune
molecole di tRNA con il loro anticodone
sono capaci di accoppiarsi a più di un
codone.
I tRNA hanno una struttura tale da richiedere
un appaiamento accurato nelle prime due
posizioni del codone (5') e da tollerare un
appaiamento scorretto (oscillante) in terza
posizione.
Questo appaiamento approssimativo rende
possibile combinare 20 AA ai loro 61 codoni
servendosi per esempio di solo 30/50
molecole di tRNA.
Frequentemente al 5' dell'anticodone
(corrispondente alla terza base del codone)
esiste la base modificata inosina capace di
complementarsi sia con A, C, U.