Esame di Biologia: Sintesi proteica, Sbobinature di Biologia

Scarica Esame di Biologia: Sintesi proteica e più Sbobinature in PDF di Biologia solo su Docsity! Traduzione: sintesi proteica. Il processo di sintesi di una proteina avviene nel citosol e consiste nel passare da un acido nucleico ad una macromolecola costituita da amminoacidi. Attraverso la traduzione si ha il legame di amminoacidi con una successione precisa in quanto dettata dal codice contenuto nel RNA messaggero, quindi dalla sequenza nucleotidica. Legame tra amminoacidi  Gli amminoacidi si legano mediante un legame peptidico.  È di per sé ammidico ed avviene tra il gruppo carbossilico del primo amminoacido e il gruppo amminico del secondo (quindi il gruppo amminico del primo amminoacido e quello carbossilico dell’ultimo saranno sempre liberi: ammino-terminale, carbossi-terminale).  Ha un doppio legame particolare che ha caratteristiche intermedie tra il singolo e il doppio legame; tutto ciò che è compreso tra i carboni α dei due amminoacidi legati  Il legame non ha possibilità di rotazione, quindi il legame forma una struttura rigida planare, che ovviamente ha delle implicazioni enormi nella modalità in cui la struttura tridimensionale delle proteine può venire a crearsi. Come viene determinata però la successione ordinata degli amminoacidi? L’RNA messaggero porta l’informazione per la struttura primaria della sequenza amminoacidica della proteina. 1. Deve avvenire la trascrizione dell’RNA immaturo nel nucleo 2. L’mRNA viene modificato con lo splicing, un’aggiunta di cap al 5’ (che rimane fino all’inizio della traduzione) e l’aggiunta di poli A al 3’. Entrambi servono da segnale di fuoriuscita. In effetti, le proteine sono deputate all’import ed export di macromolecole dal nucleo al citosol e viceversa. Sono chiamate:  Importine  Esportine: in particolare l’esportina 5, la quale si interessa dell’export dell’RNA messaggero. Essa deve riconoscere dei fattori proteici: ovvero le proteine che legano il poli A ed inoltre la CAP binding protein. Sia capping che poli-A si occupano del trasporto dell’mRNA dai pori nucleari al citosol. Essi appena escono dal nucleo, quindi appena si trovano nel citosol, possono essere immediatamente ingaggiati da fattori di inizio della traduzione, così che possano essere tradotti. Come si inizia a leggere il codice in un mRNA? È chiaro che la cornice di lettura è un punto fondamentale: basta spostare di un nucleotide lo schema di lettura per cambiare radicalmente la proteina uscente. Infatti, la maggior parte dei mutageni pericolosi, non sono quelli che danno sostituzioni di nucleotidi, bensì inserzioni e delezioni (aggiunta o rimozione di nucleotidi). Se si vanno ad aggiungere o rimuovere dei nucleotidi, si avrà uno slittamento (cosiddetto frame shift) dello schema di lettura. Il miglior modo per fare un cap è fare delle mutazioni in un determinato gene, se lo facciamo in un esone magari la proteina non riesce manco a formarsi. Codice genetico È a triplette, tutti i codoni sono usati nella sintesi proteica. Le proteine eucariotiche cominciano sempre con AUG (TAC sul DNA) e corrisponde alla metionina. Il codice genetico consiste di 64 codoni di cui 3 sono codoni di stop e non codificanti (UAA, UAG e UGA). Quindi:  61 codoni codificano per amminoacidi.  3 codoni non codificano per amminoacidi: essi sono i codoni di stop. Gli amminoacidi però sono 20 e quindi si può dire che il codice genetico è degenerato, cioè più triplette codificano per lo stesso amminoacido. Il codice genetico:  Privo di punteggiatura (o letto in modo continuo): significa che si segue l’ordine esatto delle triplette, una dopo l’altra.  è privo di sovrapposizioni: le triplette sono lette senza sovrapposizioni. Se si ha una sequenza di 300 nucleotidi che codifica per una proteina, si avrà una proteina di 100 amminoacidi perché non essendoci sovrapposizioni né punteggiatura, 300 nucleotidi corrisponderanno a 100 amminoacidi.  è quasi universale: possiamo produrre proteine umane in batteri, perché il codice genetico è di fatto universale. “quasi” perché ci sono alcune eccezioni. Nei mitocondri, ad esempio, il codone UGA è un codone di stop, ma esistono alcune alterazioni che portano la tripletta a codificare per il triptofano. Il DNA mitocondriale, così come il mitocondrio, molto probabilmente è di origine batterica, quindi ha avuto un’evoluzione diversa rispetto al DNA genomico. Il fatto che il codice genetico sia universale è molto importante, poiché si potrebbe, ad esempio, sintetizzare una proteina umana in un batterio (a meno che non ci siano grosse modifiche post-traduzionali); UGA codifica per il triptofano nel mitocondrio, mentre in realtà è un codone di stop.  è degenerato: ha segnali di inizio e di fine traduzione (sia dei batteri che negli eucarioti). Poiché dei 64 codoni, tolti i 3 di arresto che non codificano, ne rimangono 61 per specificare solo 20 amminoacidi diversi, la maggior parte degli amminoacidi è corrispondente a più di un codone. Per degenerazione si intende la ridondanza del codice genetico, cioè due o più codoni corrispondono allo stesso amminoacido. Essi sono specificati dalle prime due basi. Un amminoacido può essere quindi codificato da addirittura 6 amminoacidi diversi. Inoltre, c’è stato nelle specie una pressione selettiva che ha permesso che diventassero preponderanti i codoni che hanno maggiore efficienza di traduzione.  Non importa che c’è in posizione 3, perché l’amminoacido è sempre lo stesso, e quindi sono le prime due basi quelle che specificano. È importante ciò perché c’è una minor possibilità che un eventuale errore modifichi la proteina (che avvenga durante la sintesi di DNA o nella molecola di RNA messaggero). Come gli amminoacidi riconoscono/vengono riconosciuti dall’mRNA? Gli amminoacidi debbono riconoscere o essere riconosciuti dall’RNA messaggero e per questo serve un traduttore che traduce da acido nucleico ad amminoacidi. Ciò avviene mediante i tRNA. Essi:  sono particolari molecole di RNA,  piccole di taglia,  tra i 74 e i 95 nucleotidi di lunghezza;  forma anse e steli fortemente stabili (non instabili come nell’RNA messaggero)  hanno una struttura tridimensionale: a L capovolta  hanno una struttura bidimensionale: a trifoglio dovuta a parziali appaiamenti di nucleotidi tra di loro, ovviamente in regioni complementari, che sono estremamente stabili al contrario di quello che succede per altri RNA che hanno strutture tridimensionali molto instabili.  Presenta basi rare che non ritroviamo nell’RNA che normalmente servono a renderlo riconoscibile; inoltre gli permettono di interagire con numerose strutture e stabilire dei legami idrogeno tra il suo anticodone e il codone che invece è sull’mRNA.  Ha una polarità: ha un 5’ fosfato libero ed un 3’OH libero. In tutti gli RNA conosciuti, il 3’OH (sito di attacco di amminoacido) è caratterizzato da una sequenza 2C ed una A terminale ed è proprio al 3’-  tasca di proofreading: se entra è perché era sbagliato e quindi viene eliminato. Se non entra, l’amminoacido è giusto. 5. Il legame tra amminoacido e TRNA cambia l’affinità del TRNA da solo con la sua sintasi e quindi il TRNA carico si stacca dalla sintasi. 6. La sintasi si rimette in gioco per un nuovo ciclo Affinché la sintesi avvenga, abbiamo bisogno di:  MRNA  Ribosomi  Fattori di inizio  Fattori di elongazione e terminazione  amminoacidi  Amminoacil TRNASI  Negli eucarioti abbiamo bisogno sia di ATP che di GTP  Enzimi che caricano il TRNA con amminoacidi giusti Ribosomi I ribosomi sono grandi strutture formate da proteina di RNA i quali hanno una serie di caratteristiche dal punto di vista strutturale che consentono la sintesi proteica. I ribosomi sono complessi sovra molecolari formati da:  Subunità maggiore  Subunità minore  Esse si combinano insieme solo e soltanto durante la sintesi proteica. Ciò avviene per il tempo necessario alla traduzione.  Il coefficiente di sedimentazione del ribosoma intero non è l’esatta somma dei coefficienti di sedimentazione delle due subunità Gli RNA ribosomiali formano strutture tridimensionali ad ansa molto stabili, nel caso dei ribosomi gli RNA hanno una funzione catalitica.  All’esterno del ribosoma: le proteine hanno funzione strutturale che permette di mantenere insieme gli RNA ribosomiali.  All’interno del ribosoma: è formata da RNA ribosomiali ed è attiva cataliticamente.  Nei procarioti: ci sono tre RNA ribosomiali. Hanno 31 per la subunità maggiore e 21 per la subunità minore.  Negli eucarioti: ci sono quattro RNA ribosomiali. Hanno 50 per la subunità maggiore e 33 per la subunità minore. La peptidiltransferasi (l’enzima che catalizza la formazione del legame peptidico) non è una proteina ma è ribozima (molecole di RNA in grado di catalizzare una reazione chimica similmente agli enzimi, che invece sono proteine). L’RNA (23s procarioti e 28s eucarioti), il principio della catalisi enzimatica è quello di aver bisogno di molecole attive che interagiscono spostano elettroni nella molecola che devono modificare. L’assemblaggio delle due subunità ribosomiali avviene nel nucleolo (struttura principalmente presente in numero maggiore di 1 all’interno dei nuclei degli eucarioti)  Nel nucleolo gli RNA ribosomiali si associano ossia c’è l’assemblaggio della subunità maggiore e quella minore ma NON quello delle due subunità tra di loro perché proteine ed RNA ribosomiali vengono assemblati nel nucleolo come subunità maggiore e minore e come tali vengono inviati nel citosol;  Nel citosol restano separate le due subunità finché non vi è l’ingaggio da parte dell’RNA messaggero e di una serie di fattori che servono alla traduzione che fa sì che avvenga l’assemblaggio. Siti dei ribosomi La struttura dei ribosomi è stata studiata dalla cristallografia a raggi X. Il ribosoma è formato da tre tasche che vengono identificate da:  E: exit, dove il TRNA scarico viene mandato via.  P: peptidil, dove c’è il TRNA con la catena nascente di amminoacidi legata.  A: amminoacil, in cui arriva il nuovo TRNA appena arrivato con un nuovo amminoacido che deve essere legato. Il meccanismo utilizza interruttori molecolari (piccole proteine che legano il GTP e solo in questo momento sono attive), possono poi idrolizzarlo producendo energia. L’idrolisi di GTP è mediata dalle GAP (che non sono fosfatasi ma mediano l’idrolisi del GTP. esse sono specifiche: ogni GTPASI monomerica ha una specifica GAP). Quando si trova in conformazione GTP, la proteina è inattiva e quando deve essere attivata ha bisogno di una altra proteina: GEF (scambiatore di guanine) che non fosforila ma sostituisce il GDP con una molecola di GTP. Come avviene la sintesi proteica? C’è una GTPASI monomerica che provoca uno slittamento della subunità maggiore su quella minore con conseguente riposizionamento dei tRNA che cedono l’amminoacido alla catena polipeptidica. Si avanza di un codone alla volta.  Inizio: la subunità minore si lega all’mRNA grazie al capping. Arriva un tRNA specifico che detiene la tripletta complementare e si lega al sito A.  Allungamento: l’mRNA scorre e la metionina si sposta nel sito P. Il sito A rimane libero e arriva un nuovo tRNA che porta un altro amminoacido. I due amminoacidi formano il legame peptidico e quindi si ha la sintesi del primo legame che caratterizza la struttura primaria delle proteine.  Terminazione: l’mRNA scorre ancora, il primo codone si sposta nel sito di uscita e il secondo codone si sposta nel sito P e arriva un altro nel sito A. così si forma una grande catena di amminoacidi. Prima che si arrivi a ciò, l’RNA messaggero deve essere riconosciuto in quanto ha un cap e poli-A prima che si leghi al ribosoma. Intanto le due subunità ribosomiali non sono unite (si uniscono solo quando comincia la traduzione). LA SINTESI PROTEICA L’assemblaggio delle due subunità ribosomiali avviene nel nucleolo, dove gli RNA ribosomiali si associano ossia c’è l’assemblaggio della subunità maggiore e quella minore ma NON quello delle due subunità tra di loro perché:  proteine ed RNA ribosomiali vengono assemblati nel nucleolo come subunità maggiore e minore e come tali vengono inviati nel citosol;  nel citosol restano separate le due subunità finché non vi è l’ingaggio da parte dell’RNA messaggero e di una serie di fattori che servono alla traduzione che permettono l’assemblaggio. Il ribosoma ha 3 siti di legame: E, P e A (exit,peptidil e amminoacil) La sintesi proteica inizia, negli eucarioti, a partire dal riconoscimento della subunità minore del ribosoma da parte dell’amminoacil-tRNA legato alla metionina. Inizio Le due subunità dei ribosomi sono separate. EIF2 Legato al tRNA iniziatore Facilita il legame alla subunità minore permettendo così la corretta individuazione del codone di inizio. Ferma il complesso di pre-inizio. EIF4E Legato alla subunità minore del ribosoma Caratterizzato dalle nuclear cap binding protein che riconoscono e si legano al cap EIF4G Legato alla subunità minore del ribosoma Fa da ponte tra le proteine del cap e le proteine del poli-A al fine di riconoscere l’RNA messaggero, che viene circolarizzato.  Lega l’EI4E  Riconosce le proteine del poli-A  Circolarizza l’RNA messaggero  EIF2 + tRNA iniziatore legati alla subunità minore= complesso pre-inizio  EIF4E + EIF4G legati all’mRNA = complesso di inizio Scannerizzazione dell’AUG Il ribosoma non ha ancora associato le due subunità, prima avviene solo in seguito alla scannerizzazione da parte del tRNA, associato al ribosoma, lungo l’RNA messaggero in maniera da trovare il codone corretto AUG. Come fa? Il tRNA, carico con la metionina quando opera la scannerizzazione, capisce qual è l’AUG corretto perché c’è una sequenza di riconoscimento ossia una sequenza consensus che prende il nome di Kozak consensus. La consensus canonica, è AccAUGG dove è contenuto l’AUG giusta. Trovato il corretto AUG si ha l’idrolisi di GTP, ed il successivo distacco dei fattori di inizio e l’aggregazione delle due subunità del ribosoma. La sintesi proteica può iniziare. L‘amminoacil- tRNA metionina si troverà nella posizione corretta ossia P. Di conseguenza può direttamente nel sito A dove si trova il nuovo codone, arrivare un altro tRNA che sarà quello che reca l’anti-codone complementare e quindi anche il secondo amminoacido; avviene quindi la sintesi proteica che è quel fenomeno di scivolamento della subunità maggiore su quella minore. NB: Se l’RNA messaggero va in una certa direzione 5’=3’, il tRNA corrispondente sarà orientato in maniera parallela. ELONGAZIONE Procarioti Eucarioti  EF-Tu:  EF1A (come EF-TU)