Traduzione delle Proteine - PDF

Traduzione: La traduzione consiste nel passaggio dal linguaggio degli acidi nucleici a quello delle proteine. Per convertire le parole a tre lettere (codoni) degli acidi nucleici, nelle parole a una lettera (amminoacidi) la cellula utilizza un tipo di RNA detto RNA transfer (tRNA). Nella traduzi...

Traduzione: La traduzione consiste nel passaggio dal linguaggio degli acidi nucleici a quello delle proteine. Per convertire le parole a tre lettere (codoni) degli acidi nucleici, nelle parole a una lettera (amminoacidi) la cellula utilizza un tipo di RNA detto RNA transfer (tRNA). Nella traduzione è compito dei tRNA accoppiare ad ogni specifico codone, uno specifico aminoacido. Gli aminoacidi provengono dalla dieta o sono sintetizzati per via endogena. Alcune proteine sono essenziali, quindi è fondamentale che nel citoplasma ci siano sempre gli aminoacidi necessari per far avvenire la traduzione. Piuttosto smontano proteine dalla pelle e dai muscoli (in caso di mal nutrizione). tRNA: Vedi documento prima. Struttura del tRNA: Sono tutti uguali, l’unico che varia è l’anticodone. Se srotolassimo i tRNA avremmo una cosa simile alla figura in mezzo. I ribosomi: Sono importanti per la traduzione perché costituiscono il tavolino molecolare sul quale avviene il processo di traduzione. Formato da due subunità e quella in basso riconosce il 5’ della sequenza dell’RNA messaggero, quindi l’mRNA si posiziona correttamente sull’estremità 5’. Quello marrone in figura è un ribosoma. Riconosciamo una subunità superiore ed una inferiore. Nella terza immagine vediamo un tRNA carico. I ribosomi costituiscono un tavolino molecolare da lavoro. La traduzione: Prevede tre fasi: 1. Inizio. 2. Allungamento, che è la più lunga. 3. Terminazione, che è la più breve. 1) Inizio: Una molecola di mRNA si lega alla subunità ribosomica minore, quindi le maggiori e le minori sono separate. I ribosomi non sono assemblati insieme nel citoplasma, sono legati alle loro proteine ma non sono legate la subunità minore e quella maggiore. Sono legati insieme solo quando l’mRNA maturo si è legato prima ad una subunità inferiore. Una molecola di mRNA si lega alla subunità ribosomica minore. Quindi una speciale molecola di tRNA iniziatore si lega al codone di inizio dell’mRNA a livello del quale deve iniziare la traduzione; il tRNA iniziatore porta l’amminoacido metionina (met) e il suo anticodone (UAC) si lega al codone di inizio AUG. La metionina ha un anticodone complementare al codone di inizio. Una subunità ribosomica maggiore si lega così a quella minore, formando un ribosoma funzionale. Noi abbiamo 64 codoni (codice genetico ridondante) che codificano per gli aminoacidi. I ribosomi sono tutti uguali, ciascuno segue la traduzione di qualsiasi mRNA maturo, permettono un posizionamento corretto dell’RNA messaggero (subunità minore). L’ATP viene usato per la maggior parte delle reazioni biochimiche, è utilizzato nelle cellule per fornire dell’energia che viene usata per creare un complesso di inizio. La traduzione utilizza solo la GTP, (che ha lo scopo di fornire energia come l’ATP), non sono alternative però. 2) Allungamento: una volta completata la fase di inizio, vengono aggiunti uno dopo l’altro tutti gli amminoacidi, ogni aggiunta di aminoacidi viene detta “allungamento”. Ogni successiva aggiunta si verifica attraverso un processo di allungamento che si svolge in tre fasi: 1. Riconoscimento del codone. 2. Formazione del legame peptidico. 3. Traslocazione. Queste tre fasi dell’allungamento si ripetono tante volte quanti sono gli amminoacidi che formano la proteina e quindi per quanti codoni devono essere letti. Fasi dell’allungamento (2): 1. Fase 1 (riconoscimento del codone), abbiamo il ribosoma attivo in marrone nella foto. Nella foto stiamo codificando il quinto aminoacido. L’anticodone di una nuova molecola di tRNA legata allo specifico amminoacido si appaia col codone dell’mRNA nel sito A del ribosoma. 2. Fase 2 (formazione del legame peptidico), si forma il legame peptidico tra i due aminoacidi che sono legati allineati e vicini ai rispettivi. Il polipeptide in formazione lascia il tRNA nel sito P e e rimane legato al tRNA del sito A. Ora il polipeptide ha un amminoacido in più. 3. Fase 3 (traslocazione), lo scarico del tRNA fuoriesce e il tRNA trasloca da A a P in modo da lasciare il sito A libero per un nuovo codone da decodificare. Anche la subunità maggiore ha un ruolo dove entrano ed escono i tRNA. 3)Terminazione: fase che interviene quando nell’mRNA maturo compaiono i codoni di stop (UAA, UAG E UGA). Questo è il messaggio che la traduzione è finita, la catena polipetidica si stacca dal ribosoma, che si scinde nelle due subunità. Nella foto sotto, il tRNA giallo è il fattore di rilascio. Dopo la trascrizione avviene la traduzione, con la formazione delle proteine. Passaggio importante dal genotipo al fenotipo (le nostre proteine, unite ad altri composti organici che derivano dai nutrienti e dalla loro trasformazione). = come si passa dal DNA alle proteine. L’interazione tra l’informazione, da quando l’organismo ha avuto vita, durante tutte le fasi dello sviluppo, il progetto/informazione ha avuto interazioni con l’ambiente (il risultato è la persona nella sua completezza) —> interazione tra il progetto contenuto nel DNA e l’ambiente. Le proteine: Rappresentano il fenotipo meglio di qualsiasi altra molecola. Il termine proteina viene dal greco “proteios” che significa “al primo posto”. Partecipano praticamente a tutte le funzioni espletate dagli organismi. Le proteine costituiscono circa il 50% del peso secco della maggior parte delle cellule. Tabella slide 17 (molto semplificata): Le proteine sono nell’uomo almeno 22.000 perché 22.000 sono i geni, ma in realtà si crea una variabilità e quindi sono di più (decine di migliaia) anche perché possono avvenire delle modificazioni. Le proteine sono molecole sofisticate e presentano strutture diverse. La struttura e le dimensioni sono un riflesso della loro funzione. Sono tutte polimeri costituite da 20 amminoacidi (gli amminoacidi sono tutti presenti in una proteina). Alcuni amminoacidi sono essenziali, non abbiamo meccanismi che possano sintetizzarli quindi li reperiamo tramite la dieta. Gli amminoacidi: Ognuno è costituito da un atomo di carbonio centrale che forma quattro legami covalenti, il primo con l’idrogeno, il secondo con il gruppo amminico, e dall’altra parte (in rosa in figura) il gruppo carbossilico. Questi sono uguali in tutti e 20 amminoacidi. Il quarto legame è la catena laterale (sotto nella foto), e ne abbiamo 20 diverse. Queste conferiscono la specificità all’amminoacido. Una catena laterale è idrofoba, l’altra è idrofila (ha una parziale carica negativa) e si circonda dalle molecola d’acqua (che hanno cariche negative). Alcuni amminoacidi hanno carica netta negativa (l’emoglobina ha dentro un amminoacido carico negativamente, che viene sostituto da un amminoacido che non porta carica). Le proteine sono polimeri: Le cellule uniscono uno all’altro gli aminoacidi attraverso reazioni di condensazione.  Il legame tra aminoacidi adiacenti è detto legame peptidico. Il legame peptidico si forma con il gruppo carbossilico e il gruppo amminico, formano una molecola d’acqua e si forma un legame covalente diretto tra il carbonio (gruppo carbossilico) e l’azoto (gruppo amminico), in foto in arancione. Se ci fosse un terzo amminoacido potrebbe avvenire un legame peptidico. Nel nostro citoplasma se due amminoacidi si trovano vicini e ci fosse questo enzima che forma il legame peptidico (che forma il legame tra il gruppo carbossilico e amminico), questa reazione descritta nel paragrafo sopra potrebbe avvenire? No, perché le proteine vengono costitute secondo il progetto contenuto nel DNA, le proteine non si sintetizzano casualmente. Questo legame non avviene mai tra amminoacidi liberi, ma avviene solo se avviene la traduzione. La diversità delle proteine: Come è possibile costruire una varietà illimitata di proteine a partire da 20 tipi di amminoacidi diversi? Perché non abbiamo un limite alla dimensione della proteina e sopratutto neanche alla sequenza degli amminoacidi. Il numero di proteine è altissimo e teoricamente infinito. Ogni proteina è costituita da almeno cento amminoacidi. Struttura primaria: La specificità della struttura è conferita dalla sequenza degli amminoacidi che la costituiscono. La specifica sequenza degli amminoacidi che costituiscono una proteina è detta struttura primaria. Anche un piccolo cambiamento della struttura primaria di una proteina può influenzare la struttura di una proteina intera. Esempio: il cambiamento di un singolo aminoacido nella molecola dell’emoglobina provoca l’anemia falciforme. La forma delle proteine: Una proteina funzionale non è solo una catena polipeptidica, ma piuttosto uno o più polipeptidi arrotolati, ripiegati e avvolti in modo preciso in modo da formare una molecola di forma peculiare. Se dissezioniamo la forma di una proteina è possibile riconoscere almeno tre livelli di struttura primaria, secondaria e terziaria. Le proteine costituite da più catene polipeptidiche possiedono un quarto livello di struttura la struttura quaternaria (come l’emoglobina). Non vediamo mai delle proteine a singolo filamento lineare ma nello spazio assumono diverse forme. I quattro livelli di struttura delle proteine: La struttura terziaria è l’esempio più comune. Struttura secondaria: Certi segmenti di catena polipeptidica formano strutture regolari locali dette “struttura secondaria”. I due tipi principali di struttura secondaria sono: alfa elica e struttura beta a pieghe. La struttura secondaria è stabilizzata da legami ad idrogeno che si formano lungo lo scheletro della catena polipeptidica. Struttura terziaria: Nello spazio sono tridimensionali e si possono formare legami deboli o legami forti: Legami deboli, come legami ad idrogeno o ionici. Legami forti, come legami di solfuro. Struttura quaternaria: È la proteina nel suo complesso risultante dall’aggregazione di due o più catene polipeptidiche associate in una macromolecola funzionale, come il collageno. Struttura quaternaria: esempio L’emoglobina è un esempio di proteina con una struttura quaternaria, la molecola è costituita da due tipi di catene polipeptidiche alfa e beta (presenti in due copie) per un totale di quattro subunità. Cosa determina la conformazione di una proteina? Conformazione primaria, secondaria, terziaria… dipende dalla sequenza di amminoacidi ma anche dalle condizioni fisiche e chimiche dell’ambiente in cui la proteina si trova. Dipende dalle condizioni del pH, infatti la struttura della proteina non rimane inalterata (aumento di temperatura può portare ad un processo di denaturazione, che è un processo irreversibile). —> il pH è una scala di misurazione dell’acidità o basicità della soluzione (pH 7, neutro, 10 alla -7). Il processo di ripiegamento non è semplice, i biochimici hanno individuato la struttura tridimensionale di circa 10.000 proteine. Hanno inserito le informazioni della struttura primaria delle proteine, eseguita con la cristallografia, costruendo un software in cui si producono strutte primarie e terziarie delle proteine, ma funzionano in parte. La principale metodica utilizzata attualmente per identificare in modo definitivo la struttura tridimensionale delle proteine è la cristallografia raggi X.