Lezione 7 Codice genetico traduzione sintesi proteica 1

Lezione 7 Codice genetico, traduzione, sintesi proteica 1

TRADUZIONE: sintesi di un polipeptide sulla base dell’informazione genetica contenuta in una molecola di m. RNA Si attua un cambio di linguaggio: da polinucleotidico a polipeptidico 2

Traduzione: Apparato di traduzione Gly GGG 3

Codice genetico 1 Il codice genetico fa corrispondere a una sequenza di nucleotidi negli acidi nucleici una sequenza di aminoacidi nelle proteine. Non va confuso con il contenuto dell’informazione genetica della cellula (genoma). 4 basi (A, C, G, U) 20 aa Dobbiamo passare da un “alfabeto” a 4 lettere a uno a 20 lettere Codice a 1 lettera (41 combinazioni) 4 aa Codice a 2 lettere (42 combinazioni) 16 aa Codice a 3 lettere (43 combinazioni) 64 aa

Cattivi esempi 1… Il termine «codice genetico» non va confuso con il termine «genoma» * *totalità del DNA (informazione genetica) contenuto in una cellula.

Cattivi esempi 2… Il nostro codice genetico è danneggiato dalle mutazioni!? !? !? ? ! 6

Codice genetico 2 m. RNA codone Il codice è a triplette: 3 nucleotidi traduzione 1 tripletta = 1 codone Met Val Arg Tyr 7 1 aminoacido

Codice genetico 3 1961 Marshall Niremberg decodifica la prima tripletta UUU = Phe (fenilalanina) (traduzione in vitro di un poli U m. RNA) 1966 la decodificazione è completata 43 possibili combinazioni: 64 codoni, di cui 61 sono codificanti e 3 sono codoni di STOP 8

Aminoacidi e codoni 1 61 sono le triplette o “codoni” codificanti del codice genetico universale 20 sono gli aminoacidi che formano le proteine il codice genetico è “degenerato” (ridondante): più triplette codificano per uno stesso aa ma non è mai ambiguo (una tripletta codifica per un solo aa) 9

Degenerazione: UUA, UUG, CUU, CUC, CUA, CUG codifica Leu NON ambiguità: UUA è solo Leu, AAA è solo Lys

Il codice non è ambiguo Conoscendo la sequenza dell’ m. RNA posso dedurre la sequenza del polipeptide (il codice non è ambiguo, ad un codone corrisponde un solo aa) 11

Il codice è degenerato Conoscendo la sequenza del polipeptide NON posso risalire alla sequenza nucleotidica che l’ha codificato (il codice è degenerato, ad un aa possono corrispondere più codoni!) ? ? ? ? ? A Met corrisponde un solo codone (AUG), ma Pro potrebbe essere codificata da CCU, CCC, CCA, CCG….

Il codice genetico è universale Il codice di traduzione è lo stesso per tutti gli organismi viventi AAA Lys 13

Conseguenza dell’universalità del codice Un gene umano (privo di introni) trasferito in E. coli viene tradotto correttamente (modificazioni post- traduzionali della proteina escluse) 14

Nel processo di TRADUZIONE sono coinvolti: m. RNA (RNA messaggero) ribosomi (r. RNA + proteine) t. RNA (RNA di trasferimento) 15

m. RNA (RNA messaggero) 5’ UTR (c. a. 200 nt) 3’ UTR (c. a. 800 nt) Funzione UTR (Un. Translated Region): regolazione espressione genica post-trascrizionale -Trasporto m. RNA nucleo-citoplasma -Efficienza traduzione -Stabilità messaggero 16

I ribosomi Sono complessi ribonucleoproteici (r. RNA +proteine) in cui avviene la sintesi proteica e sono strutturati in due subunità Tra le due subunità si inseriscono gli RNA messaggeri (m. RNA) per essere tradotti 17

La lettura del codone su m. RNA è affidata al t. RNA, che funge da adattatore Ala 18

Struttura tridimensionale del t. RNA 19

La aminoacil-t. RNA sintetasi lega l’aminoacido al corrispondente t. RNA Le cellule contengono 20 differenti aminoacil-t. RNA sintetasi, una per ogni aa 5’ 3’ Phe AAA 20 A un t. RNA che ha un particolare anticodone viene associato un aa specifico

Specificità della aminoacil t. RNA sintetasi GUG Sito attivo dell’enzima 21

Aminoacidi e codoni 2 20 sono gli aminoacidi che formano le proteine 61 sono le triplette o “codoni” del codice genetico universale Esistono tanti t. RNA quanti sono i codoni? * Se ciascuna molecola di t. RNA si appaiasse con il codone dell’m. RNA utilizzando le regole dell’appaiamento canonico tra basi complementari, sarebbero necessari 61 tipi di t. RNA. * Poiché la maggior parte degli organismi ha < 45 tipi di t. RNA (48 nell’uomo, 31 nei batteri), questo significa che alcuni t. RNA sono in grado di appaiarsi con più di un codone. 22

Esempio: t. RNA Ala 5’-GCA-3’ 5’-GCC-3’ 5’-GCU-3’ 5’-GCG-3’ codoni Alanina Esistono 4 t. RNA con anticodoni diversi per Ala? codoni 5’-GCA-3’ 5’-GCC-3’ 5’-GCU-3’ 5’GCG-3’ 3’-CGU-5’ 3’-CGG-5’ 3’-CGA-5’ 3’CGC-5’ anticodoni 23

I t. RNA per Ala sono solo 2 * Uno stesso t. RNA (anticodone IGC) legge tre codoni differenti (GCU, GCC e GCA). * Inosina (modificazione di adenina dopo sintesi di t. RNA) è molto tollerante e può appaiarsi con U, C o A. * L’ultimo codone (GCG) sarà letto da un t. RNA diverso

Teria del vacillamento (wobbling) Nel 1966 Crick propose l’ipotesi del vacillamento, per cui la base in 5’ dell’anticodone (la prima), che si appaia con quella in 3’ del codone (la terza) non è sottoposta alle strette regole della complementarietà. Ciò permette un appaiamento meno preciso, vacillante (G-U oltre che I-U, I-A, I-C). Ser 25 L’anticodone GGA può leggere sia il codone UCC che UCU

Aminoacidi e codoni 3 61 codoni 48 t. RNA 20 aa t. RNA isoaccettori Wobbling 1 t. RNA legge codoni diversi Uno stesso aa può legarsi a t. RNA diversi * Il wobbling spiega perché i codoni sono 61 e i t. RNA 48. * L’esistenza dei t. RNA isoaccettori spiega perché i t. RNA sono 48 e gli aa 20 (lo stesso aa può legare diversi t. RNA). 26

t. RNA isoaccettori 5’ 3’ L’aminoacilt. RNA-sintetasi per Phe può legare due t. RNA diversi nel sito catalitico Phe GAA AAA La fenilalanina può venire legata a due t. RNA diversi Phe 27

Codoni di STOP I codoni: UAA, UAG, UGA sono detti codoni di terminazione o codoni nonsenso perché non vengono riconosciuti da nessun anticodone complementare: Sono segnali di terminazione della traduzione 28

Traduzione 1. Inizio La subunità minore riconosce l’estremità 5’ del m. RNA (per mezzo di r. RNA) e trova AUG = codone di inizio. Richiama quindi met-t. RNA + subunità maggiore 29

Traduzione 2. Allungamento 5’ 3’ 5’ P A 3’ Il ribosoma scorre in direzione 5’ 3’, i codoni vengono decifrati via nel sito A, mentre al sito P il nuovo polipeptide cresce

L’attività peptidil transferasica della subunità maggiore del ribosoma è dovuta all’ r. RNA 23 S, e non alla componente proteica del ribosoma! Ribozima: RNA con attività catalitica 31

Traduzione 3. Terminazione P A Fattore di Rilascio Si lega al codone di STOP idrolizza il legame tra il polipeptide e il t. RNA e promuove la dissociazione delle subunità del ribosoma Quando il ribosoma incontra un codone UAA o UAG o UGA non vi è nessun t. RNA (anticodone) capace di decifrarlo: il polipeptide nascente si 32 stacca dal sito P

Traduzione animazione 33

Poliribosomi Molti ribosomi possono tradurre una stessa molecola di m. RNA contemporaneamente formando un poliribosoma (o polisoma). In questo modo è possibile produrre molti polipeptidi in contemporanea a partire da una molecola di m. RNA 34

Nei procarioti TRASCRIZIONE e TRADUZIONE avvengono contemporaneamente 35

polisoma Nella cellula eucariotica gli m. RNA maturi che escono dal nucleo possono essere A B A) tradotti da ribosomi liberi nel citoplasma proteine per uso interno B) da ribosomi inizialmente liberi ma che poi si associano al RER (reticolo endoplasmatico rugoso) proteine che verranno secrete 36

Modificazioni post-traduzionali delle proteine Alcune proteine raggiungono la loro conformazione biologicamente attiva solo dopo aver subito una o più modificazioni post-traduzionali 37

Esempio di modificazioni post-traduzionali Es: l’insulina viene sintetizzata sul RER Dopo traduzione subisce modificazioni nel RER e nel Golgi SH SH proteolisi Ponti disolfuro 38

Esempio di modificazioni post-traduzionali Aggiunta di catena di zuccheri comune e di zuccheri specifici per gli antigeni AB (glicosilazione di proteine in apparato di Golgi) 39