Biologia e Genetica #8 - La Traduzione

La Traduzione

• La traduzione avviene mediante il passaggio da un codice a 4 lettere (nucleotidi) ad un codice a 20 lettere (amminoacidi)
• Il rapporto nucleotide-amminoacido non è univoco, quindi un amminoacido può essere codificato da più di un codone

Il Codice Genetico

• Il codice genetico determina le regole mediante cui l'mRNA viene tradotto
• L'mRNA viene decodificato in una serie di triplette di nucleotidi (codoni) e viene letto in direzione 5'→3'
• Ogni codone specifica per un singolo amminoacido
• Ci sono 43 (64) possibili codoni, quindi un amminoacido può essere codificato da più di un codone
• Sono presenti anche tre codoni definiti "di STOP", che non codificano per amminoacidi, ma indicano dove termina la sequenza codificante

I Tre Ruoli dell'RNA nella Sintesi Proteica

• L'RNA messaggero (mRNA) porta l'informazione copiata dal DNA sotto forma di una serie di "parole" di tre basi, i codoni
• L'RNA di transfer (tRNA) decifra il codice mediante uno specifico anticodone, al quale è associato un particolare amminoacido
• L'RNA ribosomiale (rRNA) si associa con una serie di proteine per formare i ribosomi, delle macromolecole che sintetizzano le proteine

La Struttura dei Ribosomi

• Nei procarioti, l'RNA ribosomiale si organizza in due subunità: la subunità maggiore (50S) e la subunità minore (30S)
• Nei procarioti, il ribosoma è costituito da 70S (50S + 30S)
• Negli eucarioti, l'RNA ribosomiale si organizza in due subunità: la subunità maggiore (60S) e la subunità minore (40S)
• Negli eucarioti, il ribosoma è costituito da 80S (60S + 40S)

La Struttura degli RNA di Transfer

• I tRNA sono piccole molecole di RNA con una struttura tridimensionale simile ad un trifoglio
• La più importante è l'ansa anticodone, che è complementare ad un codone dell'mRNA
• Ogni tRNA lega un particolare amminoacido, stabilito dalla sequenza che porta sull'anticodone

La Traduzione

• La traduzione avviene in due fasi: inizio e allungamento
• La fase di inizio consiste nell'assemblaggio tra la subunità maggiore e la subunità minore a cui è legato il tRNA, posizionato sul codone di inizio
• La fase di allungamento si verifica mediante l'attacco di diversi amminoacil-tRNA e la sintesi di legami peptidici

Fasi della Traduzione

Inizio

• Avviene l'attacco delle subunità ribosomiali al primo amminoacido, portato dal tRNA iniziatore all'mRNA
• La fase di inizio è abbastanza simile nei procarioti e negli eucarioti

Allungamento

• La fase di allungamento avviene in modo analogo negli eucarioti e nei procarioti
• Il fattore EF-Tu trasporta l'amminoacil-tRNA e il fattore EF-G permette la traslocazione

Terminazione

• La terminazione avviene quando il ribosoma arriva ad un codone di stop (UAA, UAG, UGA)
• Si verifica il rilascio della catena polipeptidica e delle due subunità ribosomiali### Controllo della traduzione
• Gli mRNA devono avere il codone di stop in posizione corretta per essere tradotti
• Negli eucarioti, l'mRNA subisce il processo di splicing per eliminare le sequenze non codificanti
• Lo splicing elimina i codoni di stop presenti negli introni
• Le proteine riconoscono i codoni di stop corretti e avviano una destabilizzazione se trovano codoni anormali
• Nei procarioti, il controllo traduzionale riguarda anche la presenza di frammenti di RNA (RNA tronchi)

Modificazioni post-traduzionali

• Le proteine devono subire modificazioni come il legame ad altri fattori, glicosilazioni, fosforilazioni, acetilazioni o legami ad altre subunità proteiche
• Le proteine devono raggiungere la loro corretta destinazione (citosol, compartimento extracellulare, mitocondri, cloroplasti, reticolo endoplasmatico, perossisomi, nucleo, lisosomi)
• Negli eucarioti, le proteine devono essere inviate ai citosol, al compartimento extracellulare, ai mitocondri, ai cloroplasti, al reticolo endoplasmatico, ai perossisomi, al nucleo ed ai lisosomi
• Nei batteri, le proteine devono raggiungere il citosol e il compartimento extracellulare
• Negli archeobatteri, le proteine devono essere inviate al citosol e al compartimento extracellulare

Folding proteico

• Il folding proteico è estremamente importante per evitare contatti errati con altre proteine
• Il processo di folding si articola in diverse fasi:
  • Burst iniziale: realizzazione delle strutture secondarie
  • Collasso idrofobico: espulsione delle molecole d'acqua dal core idrofobico della proteina
  • Molten globule: formazione di una proteina globulare con la maggior parte della struttura secondaria
  • Stabilizzazione delle strutture secondarie: formazione di proto-domini
  • Stabilizzazione della struttura terziaria finale: espulsione definitiva delle molecole d'acqua e formazione di legami idrogeno
• Il ΔG di folding è caratterizzato da valori bassi, compresi tra -5 e -10 kcal/mol
• Le proteine più piccole sono in grado di ripiegarsi autonomamente
• Le proteine chaperon aiutano le proteine appena formate ad assumere il corretto ripiegamento

Proteine chaperon

• Le proteine chaperon riducono l'aggregazione tra proteine e facilitano il folding
• Le proteine chaperon isolano la proteina dalle possibili interazioni intramolecolari scorrette
• Le chaperonine più caratterizzate sono le GroEL/GroES, presenti nei batteri, che possiedono una struttura "a barile" con una cavità

Degradazione delle proteine

• Le proteine che non vengono ripiegate correttamente devono essere degradate
• La degradazione per mezzo di un proteasoma è il principale sistema per l'eliminazione delle proteine
• La proteina che deve essere eliminata viene marcata mediante l'attacco di alcune molecole di ubiquitina
• L'ubiquitina è una piccola proteina composta da 76 amminoacidi
• La proteina marcata viene indirizzata al complesso del proteasoma e spezzata da vari siti proteolitici