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

Trascrizione vs Traduzione Prima della diffusione della stampa, l'amanuense o il copista era la figura professionale di chi ricopiava (trascriveva) testi e manoscritti DNA RNA polinucleotide RNA proteine polinucleotide trascrizione traduzione 3 polipeptide

Codice genetico 1 Il codice genetico fa corrispondere a una sequenza di nucleotidi negli acidi nucleici una sequenza di aminoacidi nelle proteine. 4 basi (A, C, G, U) 20 aa Dobbiamo passare da un “alfabeto” a 4 lettere a uno a 20 lettere (gli aa sono 20) Codice a 1 lettera (ad ogni base corrisponde un aa) 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 Sito inizio traduzione 5’UTR 100 -2000 nt 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) viene inserito in un plasmide Il plasmide ricombinante viene trasferito in E. coli I batteri vengono fatti crescere in terreno di coltura. Il gene umano viene trascritto e tradotto dai batteri e viene così prodotta la proteina umana di interesse. 14

Produzione di insulina umana * L’insulina è un ormone peptidico prodotto dalle cellule delle isole di Langherans del pancreas * E’ coinvolto nell’omeostasi del glucosio * E’ carente nelle persone diabetiche * Prima dell’avvento dell’ingegneria genetica l’insulina da fornire ai pazienti veniva estratta dal pancreas di maiali, vacche… ma questa insulina scatenava la risposta immunitaria nei pazienti * Dal 1982 l’insulina umana viene prodotta con la tecnica del DNA ricombinante nei bioreattori * Con questa stessa tecnica vengono prodotte molte altre proteine come l’ormone della crescita (precedentemente estratto dai cadaveri umani), l’interferone (usato nella terapia dell’epatite C), o alcuni vaccini di ultima generazione come quello dell’epatite B. 15

Nel processo di TRADUZIONE sono coinvolti: m. RNA (RNA messaggero) ribosomi (r. RNA + proteine) t. RNA (RNA di trasferimento) 16

m. RNA (RNA messaggero) 3’ UTR (c. a. 800 nt) 5’ UTR (100 -2000 nt) Funzione UTR (Un. Translated Region): regolazione espressione genica post-trascrizionale -Trasporto m. RNA nucleo-citoplasma -Efficienza traduzione -Stabilità messaggero 17

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 18

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

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 25

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 26

Traduzione 2. Allungamento 5’ 3’ 5’ P A 3’ 5’ Peptidil-transferasi: rompe il legame tra t. RNA e aa e sintetizza un legame peptidico tra due aa 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

Ribozimi * 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 (formazione o rottura di legami covalenti) 28

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 stacca dal sito P 29

Traduzione animazione 30

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. Avviene sia in procarioti che eucarioti. 31

Modificazioni post-traduzionali delle proteine Negli eucarioti alcune proteine raggiungono la loro conformazione biologicamente attiva solo dopo aver subito una o più modificazioni posttraduzionali 32

Esempio di modificazioni post-traduzionali 1 Es: l’insulina viene sintetizzata sul RER Dopo traduzione subisce modificazioni nel RER e nel Golgi SH SH proteolisi Ponti disolfuro Il peptide segnale era servito per il «targeting» del peptide nascente nel RER 33

Esempio di modificazioni post-traduzionali 2 Glicosilazione di proteine: aggiunta di catena di zuccheri comune e di zuccheri specifici per gli antigeni AB 0 del gruppo sanguigno ad opera di glicosiltransferasi in apparato di Golgi 34