11
Codice genetico, traduzione, Codice genetico, traduzione, sintesi proteicasintesi proteica
22
TRADUZIONE: sintesi di un polipeptide sullabase dell’informazione geneticacontenuta in una molecola di mRNA
Si attua un cambio di linguaggio:da polinucleotidico a polipeptidico
33
Codice geneticoCodice genetico
4 basi4 basi (A,C,G,U)(A,C,G,U) 20 aa20 aa
Codice a 1 lettera (4Codice a 1 lettera (411 combinazioni) combinazioni) 4 aa4 aa
Codice a 2 lettere (4Codice a 2 lettere (422 combinazioni) combinazioni) 16 aa16 aa
Codice a 3 lettere (4Codice a 3 lettere (433 combinazioni) combinazioni) 64 aa64 aa
Dobbiamo passare da un “alfabeto” a 4 lettere a uno a 20 lettereDobbiamo passare da un “alfabeto” a 4 lettere a uno a 20 lettere
44
mRNAmRNA
Il codice è a triplette: 3 nucleotidiIl codice è a triplette: 3 nucleotidi 1 aminoacido1 aminoacidotraduzione
1 tripletta = 1 codone1 tripletta = 1 codone
Met Val Arg Tyr
codone
Codice geneticoCodice genetico
55
19611961 Marshall Niremberg decodifica la prima triplettaMarshall Niremberg decodifica la prima tripletta
UUU = Phe (fenilalanina) (traduzione in vitro di un poli U)UUU = Phe (fenilalanina) (traduzione in vitro di un poli U)
19661966 la decodificazione è completatala decodificazione è completata
443 3 possibili combinazioni:possibili combinazioni:
64 codoni, di cui 64 codoni, di cui 61 sono codificanti e61 sono codificanti e 3 sono codoni di 3 sono codoni di STOPSTOP
Codice geneticoCodice genetico
66
Aminoacidi e codoniAminoacidi e codoni 2020 sono gli aminoacidi che formano le proteine sono gli aminoacidi che formano le proteine
6161 sono le triplette o “codoni” codificanti del codice sono le triplette o “codoni” codificanti del codice
genetico universalegenetico universale
il codice genetico è “degenerato” (ridondante): più triplette il codice genetico è “degenerato” (ridondante): più triplette
codificano per uno stesso aa codificano per uno stesso aa
ma non è mai ambiguo (una tripletta codifica per un solo ma non è mai ambiguo (una tripletta codifica per un solo
aa)aa)
77
Degenerazione: UUA, UUG, CUU, CUC, CUA, CUG codifica LeuDegenerazione: UUA, UUG, CUU, CUC, CUA, CUG codifica LeuNON ambiguità: UUA è solo Leu, AAA è solo LysNON ambiguità: UUA è solo Leu, AAA è solo Lys
88
Il codice genetico è universaleIl codice genetico è universale
Il codice di traduzione è lo stesso per tutti gli organismi viventiIl codice di traduzione è lo stesso per tutti gli organismi viventi
AAAAAA
LysLys
99
Un gene umano clonato in E. coli viene tradotto Un gene umano clonato in E. coli viene tradotto correttamentecorrettamente
Minigene (no introni)Minigene (no introni)
PlasmidePlasmideVettore d’espressioneVettore d’espressione
1010
Nel processo di TRADUZIONE sono coinvolti:Nel processo di TRADUZIONE sono coinvolti:
mRNA (RNA messaggero)mRNA (RNA messaggero)
tRNA (RNA di trasferimento)tRNA (RNA di trasferimento)
ribosomi (rRNA + proteine)ribosomi (rRNA + proteine)
1111
5’ UTR5’ UTR 3’ UTR3’ UTR
Funzione UTR (UnTranslated Region): Funzione UTR (UnTranslated Region):
regolazione espressione genica post-trascrizionaleregolazione espressione genica post-trascrizionale-Trasporto mRNA nucleo-citoplasmaTrasporto mRNA nucleo-citoplasma-Efficienza traduzioneEfficienza traduzione-Stabilità messaggero Stabilità messaggero
mRNAmRNA
1212
I ribosomiI ribosomi
Sono complessi ribonucleoproteiciSono complessi ribonucleoproteici(proteine + rRNA)(proteine + rRNA)in cui avviene la sintesi proteica ein cui avviene la sintesi proteica esono strutturati in due subunitàsono strutturati in due subunità
Tra le due subunità si inserisconoTra le due subunità si inserisconogli RNA messaggeri (mRNA)gli RNA messaggeri (mRNA)per essere tradottiper essere tradotti
1313
La lettura del codone su mRNA è affidata al tRNA, che La lettura del codone su mRNA è affidata al tRNA, che funge da adattatorefunge da adattatore
Ala
1414
Struttura tridimensionale del tRNAStruttura tridimensionale del tRNA
1515
La aminoacil-tRNA sintetasi lega l’aminoacido al corrispondenteLa aminoacil-tRNA sintetasi lega l’aminoacido al corrispondentetRNA.tRNA.Le cellule contengono 20 differenti aminoacil-tRNA sintetasi, una Le cellule contengono 20 differenti aminoacil-tRNA sintetasi, una per ogni aa.per ogni aa.
Phe
Phe
Phe
AAA
AAA
AAA
Phe
1616
Specificità della aminoacil tRNA sintetasiSpecificità della aminoacil tRNA sintetasi
Sito attivo dell’enzima
Ogni aminoacil-tRNA sintetasi lega un particolare aa a tutti i tRNA corrispondenti
a quell’aa (tRNA isoaccettori)
codoni His CAU CAC anticodoni His GUA GUG
Esistono 2 tRNA per l’His
1717
Aminoacidi e codoniAminoacidi e codoni
2020 sono gli aminoacidi che formano le proteine sono gli aminoacidi che formano le proteine
6161 sono le triplette o “codoni” del codice genetico sono le triplette o “codoni” del codice genetico universaleuniversale
esistono tanti tRNA quanti sono i codoni? esistono tanti tRNA quanti sono i codoni?
codoni Alaninacodoni Alanina
GCAGCA GCCGCC GCUGCU
GCGGCG
4 tRNA con anticodoni diversi per Ala?4 tRNA con anticodoni diversi per Ala?
1818
Inosina (modificazione di adenosina dopo sintesi di tRNA) è molto tollerante eInosina (modificazione di adenosina dopo sintesi di tRNA) è molto tollerante el’anticodone IGC è in grado di leggere tre dei 4 codoni per Alal’anticodone IGC è in grado di leggere tre dei 4 codoni per Ala
L’ultimo codone (GCG) sarà letto da un tRNA diversoL’ultimo codone (GCG) sarà letto da un tRNA diverso
1919
Esistono 61 codoni codificanti aa.Esistono 61 codoni codificanti aa.
Se ciascuna molecola di tRNA si appaiasse con il codone Se ciascuna molecola di tRNA si appaiasse con il codone
dell’mRNA utilizzando le regole dell’appaiamento canonico tra dell’mRNA utilizzando le regole dell’appaiamento canonico tra
basi complementari, sarebbero necessari 61 tipi di tRNA.basi complementari, sarebbero necessari 61 tipi di tRNA.
Poiché la maggior parte degli organismi ha < 45 tipi di tRNA Poiché la maggior parte degli organismi ha < 45 tipi di tRNA
(48 nell’uomo, 31 nei batteri), questo significa che alcuni tRNA (48 nell’uomo, 31 nei batteri), questo significa che alcuni tRNA
sono in grado di appaiarsi con più di un codone.sono in grado di appaiarsi con più di un codone.
Aminoacidi e codoniAminoacidi e codoni
2020
Nel 1966 Crick propose l’ipotesi del vacillamento, per cui la Nel 1966 Crick propose l’ipotesi del vacillamento, per cui la
base in 5’ dell’anticodone (la prima), che si appaia con quella in 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 3’ del codone (la terza) non è sottoposta alle strette regole della
complementarietà. Ciò permette un appaiamento meno preciso, complementarietà. Ciò permette un appaiamento meno preciso,
vacillante.vacillante.
Teria del vacillamento (wobbling)Teria del vacillamento (wobbling)
2121
61 codoni61 codoni 48 tRNA48 tRNA 20 aa20 aa
Aminoacidi e codoniAminoacidi e codoni
WobblingWobbling
1 tRNA 1 tRNA legge legge codoni codoni diversidiversi
tRNA tRNA isoaccettoriisoaccettori
Uno stesso aa Uno stesso aa può legarsi a può legarsi a tRNA diversi tRNA diversi
2222
I codoni: UAA, UAG, UGA sono dettiI codoni: UAA, UAG, UGA sono detti
codoni di terminazione o codoni nonsenso codoni di terminazione o codoni nonsenso perché non vengono riconosciuti da nessunperché non vengono riconosciuti da nessunanticodone complementare:anticodone complementare:
Sono segnali di terminazione della traduzioneSono segnali di terminazione della traduzione
2323
Traduzione 1. InizioTraduzione 1. Inizio
La subunità minore riconosce l’estremità 5’ del mRNA e scorreLa subunità minore riconosce l’estremità 5’ del mRNA e scorrefinchè trova AUG = codone di inizio. Richiama quindi finchè trova AUG = codone di inizio. Richiama quindi metmet-tRNA + -tRNA + subunità maggioresubunità maggiore
2424
Il ribosoma scorre in direzione 5’Il ribosoma scorre in direzione 5’3’, i codoni vengono decifrati 3’, i codoni vengono decifrati via via nel sito A, mentre al sito P il nuovo polipeptide crescevia via nel sito A, mentre al sito P il nuovo polipeptide cresce
Traduzione 2. AllungamentoTraduzione 2. Allungamento
P
P
A
A
5’ 5’
5’
3’
3’
3’
5’
3’
2525
L’attività peptidil transferasica della subunità L’attività peptidil transferasica della subunità
maggiore del ribosoma è dovuta al rRNA maggiore del ribosoma è dovuta al rRNA
Ribozima: RNA con attività cataliticaRibozima: RNA con attività catalitica
2626
Quando il ribosoma incontra un codone UAA o UAG o UGA Quando il ribosoma incontra un codone UAA o UAG o UGA non vi è nessun tRNA (anticodone) capace di decifrarlo: non vi è nessun tRNA (anticodone) capace di decifrarlo: il polipeptide nascente si stacca dal sito P.il polipeptide nascente si stacca dal sito P.
Traduzione 3. TerminazioneTraduzione 3. Terminazione
P A
Fattore di RilascioFattore di Rilascio
Si lega al codone di STOP Si lega al codone di STOP
idrolizza il legame tra ilidrolizza il legame tra il
polipeptide e il tRNApolipeptide e il tRNA
e promuove la dissociazionee promuove la dissociazione
delle subunità del ribosomadelle subunità del ribosoma
2727
http://student.ccbcmd.edu/~gkaiser/biotutorials/protsyn/images/translat.gif
2828
Molti ribosomi possono tradurre una stessa molecolaMolti ribosomi possono tradurre una stessa molecoladi mRNA contemporaneamente formando un poliribosomadi mRNA contemporaneamente formando un poliribosoma(o polisoma). In questo modo è possibile produrre molti(o polisoma). In questo modo è possibile produrre moltipolipeptidi in contemporanea a partire da una molecolapolipeptidi in contemporanea a partire da una molecoladi mRNAdi mRNA
2929
Nella cellula eucarioticaNella cellula eucarioticagli mRNA maturi che gli mRNA maturi che escono dal nucleo escono dal nucleo possono essere:possono essere:
AA)) tradotti da ribosomi tradotti da ribosomi liberi nel citoplasma liberi nel citoplasma proteine per uso internoproteine per uso interno
BB)) da ribosomi associati da ribosomi associati al RER (reticolo al RER (reticolo endoplasmatico endoplasmatico rugoso)rugoso)proteine che verranno proteine che verranno secretesecrete
B A
3030
Reticolo endoplasmatico e GolgiReticolo endoplasmatico e Golgi
REL
RERSintesiSintesiproteicaproteica
3131
Le proteine destinate alla secrezione vengono sintetizzate Le proteine destinate alla secrezione vengono sintetizzate inizialmente dai ribosomi liberi nel citosolinizialmente dai ribosomi liberi nel citosol
Queste proteine possiedono una una breve sequenza leader (c.a. 25 Queste proteine possiedono una una breve sequenza leader (c.a. 25 aa) all’inizio del polipeptide, che viene riconosciuta da un complesso aa) all’inizio del polipeptide, che viene riconosciuta da un complesso proteico che si trova sulla superficie del reticoloproteico che si trova sulla superficie del reticolo
Il ribosoma associato all'mRNA viene agganciato al RE, dove Il ribosoma associato all'mRNA viene agganciato al RE, dove finisce di tradurre la proteina, la quale viene trasferita direttamente finisce di tradurre la proteina, la quale viene trasferita direttamente nel lume del reticolonel lume del reticolo
3232
Una volta sintetizzate le catene polipeptidiche subiscono Una volta sintetizzate le catene polipeptidiche subiscono
varie varie modificazioni post-traduzionalimodificazioni post-traduzionali mediante le quali mediante le quali
si trasformano in proteine funzionantisi trasformano in proteine funzionanti
3333
Es: l’insulina viene sintetizzata sul REREs: l’insulina viene sintetizzata sul RERDopo traduzione subisce modificazioni nel RER e nel GolgiDopo traduzione subisce modificazioni nel RER e nel Golgi
Modificazioni post-traduzionaliModificazioni post-traduzionali
proteolisiproteolisi proteolisiproteolisi
Ponti disolfuroPonti disolfuro