La sintesi proteica e i fattori di inizio, Appunti di Biologia Cellulare

Scarica La sintesi proteica e i fattori di inizio e più Appunti in PDF di Biologia Cellulare solo su Docsity! Parlando di Fattori tradizionali, questi vengono indicati con le lettere IF (inizio) EF (allungamento) RF (terminazione). Quando ci riferiamo alle cellule eucariote, aggiungiamo davanti a queste lettere la lettera “e”. Mettendo a confronto i due tipi cellulari, si vede come il numero di proteine che intervengono durante la fase di inizio negli eucarioti, è notevolmente più alto rispetto al numero di proteine che intervengono nella fase di inizio nelle cellule procariote. La fase di inizio è quella più importante nella sintesi proteica in quanto bisogna assicurarsi che la sintesi avvenga proprio a partire dai codoni di inizio, dall’AUG che segna appunto l’inizio della sintesi proteica. Quindi, mentre nei procarioti l’inizio richiede un numero inferiore di proteine, negli eucarioti questo processo è più articolato nella sequenza con cui le proteine intervengono nel processo. Anche nelle cellule eucariote la sintesi proteica viene divisa in: fase di inzio, fase di allungamento, e fase di terminazione. Durante la fase di inizio c’è bisogno che avvenga il legame tra il tRNA iniziatore che trasporta la metionina, questo tRNA viene riconosciuto da un fattore di inzio che chiamiamo eIF2, che a sua volta è legato ad una molecola di GTP (guanosina trifosfato), questo complesso formato da GTP, tRNA iniziatore e dal fattore eIF2, è chiamato complesso ternario. Questo complesso è importante perché contiene la metionina con la quale si fa iniziare la sintesi proteica. Il tRNA deve essere posizionato in maniera tale da formare legami complementari con l’AUG contenuto nel sito P. Nelle cellule eucariote però, il tRNA viene disposto ancor prima che sia presente l’mRNA. Questo complesso ternario entra a far parte della subunità minore del ribosoma ancor prima che l’mRNA sia presente. Non potendo ancora formare legami a H con il codone AUG, bisogna far sì che il sito A e il sito E vengano occupati, e deve essere lasciato libero il sito P. Affinché ciò accada, intervengono altri fattori di inizio: il fattore eIF1A che si dispone nel sito A e il fattore eIF1 che is dispone nel sito E. In questo modo, l’unico sito libero e accessibile al complesso ternario quindi al fattore eIF2 è il sito P. Tutto questo complesso è chiamato complesso formato dalla subunità minore del ribosma e da questi fattori di inizio, è chiamato “complesso 43s di pre inizio”. Tutto questo processo nell nostre cellule è molto articolato per consentire la sintesi proteica nella maniera più efficiente e più precisa possibile. RICAPITOLANDO: 1) Posizionare il tRNA nel sito P, per fare ciò bisogna blocccare il sito E e il sito A, per questo abbiamo bisogno di fattori di inzio che bloccano questi 2 siti; 2) Formato questo complesso di pre inizio, viene legato l’ mRNa. Questo, però, non arriva libero ma viene complessato con una serie di fattori di inzio che riconoscono porzioni precisi. Queste porzioni sono : all’estremità 5’ la 7metilguanosina che è stata aggiunta all’mRNA durante il processo di maturazione; l’altra porzione che deve essere riconosciuta è la coda di poli A che è stata aggiunta durante il processo di maturazione. (Infatti, quando abbiamo parlato di trascrizione, abbiamo detto che le molecole di mRNA sono molto instabili, per questo motivo, soprattutto le estremità 5’ e 3’ sono soggette all’azione dell’rnasi cioè enzimi che sono in grado di rompere i legami fosfodiestere tra nucleotidi). Per evitare di danneggiare l’RNA, questo è protetto durante la fase di maturazione; questa fase prevedeva l’aggiunta di molecole sia all’estremità 5’ che 3’: Al 5’ 7metilguanosina (guanosina legata con un legame anomalo, anziché con un legame 3’5’ era un legame 5’5’; questo tipo di legame non può essere iconosciuto dall’rnasi quindi l’estremità 5’ viene protetta. Stessa cosa accade per l’estremità 3’ dell’mRNA : la coda di adenine chiamata poliA, anche se viene in parte degradata dall’RNA è una sequenza abbastanza lunga. La funzione di queste modifiche non è solo al fine di proteggere l’mRNA dalla degradazione dell’rnasi ma, queste modifiche, hanno anche un ruolo IMPORTNATE nel corretto posizionamento dell’rna sul ribosoma durante il processo di sintesi proteica. Posizionamento corretto significa far ricadere il codone AUG esattamente nel sito P). Quello che succede all’estremità 5’ è il legame con il complesso eIF4F. Quest’ultimo è un complesso formato da 3 proteine: eIF4G, eIF4A, eIF4E. L’eIF4E ha una forma particolare perché ha il compito di legare la 7metilguanosina che si trova all’estremità 5’. L’mRNA, per poter essere legato alla subunità minore del ribosoma deve essere attivato. L’attivazione del ribosma richiede l’interazione con altri fattori di inizio, in particolare con il fattore eIF4F che in realtà è un complesso formato da 3 proteine e, di queste 3 proteine, l’eIF4E è quella che svolge un ruolo centrale perché è deputata al riconoscimento della 7metilguanosina. La coda di poliA, invece, è legata da una proteina che si chiama PABP (proteine che legano il poliA). La PABP forma una struttura chiusa e, solo quando questa struttura si è formato, l’mRNA si associa con la subunità minore del ribosoma. A questo punto il complesso fatto da fattori di inizio e da subunità minore del ribosma, inizia a scorrere lungo il filamento di RNA: il tRNA è posto di traverso e indica che non si sono formati legami a H. Quando il complesso 40s raggiunge l’AUG e quindi si possono formare legami a H tra basi complementari, il tRNA non è più inclinato ma sarà in orizzontale, pronto a formare legami a H con l’AUG. Una volta che il tRNA posizionato nel sito P riesce a trovare il codone AUG, si forma il legame a H tra basi complementari e si inizia la sintesi proteica. MUTAZIONI A CARICO DI UNA SINGOLA BASE: quando parliamo di mutazioni pensiamo al DNA però le mutazioni portano a gravi conseguenze quando si verificano in quei tratti di DNA che ci servono per fare proteine. Questi tratti i DNA sono geni. Il cambiamento della sequenza di DNA diventa estremamente importante quando il cambiamento si verifica sui geni. Durante il processo di duplicazione del DNA la DNApolimerasi era in grado di effettuare un meccanismo chiamato “meccanismo di correzione delle bozze” che correggeva eventuali errori effettuati durante la ricopiatura della molecola di DNA. Nonostante questo controllo, alcuni errori potevano comunque verificarsi. Se sulla molecola di DNA abbiamo la tripletta CTT, quando questo gene viene copiato per sintetizzare l’mRNA, sull’mRNA troviamo la sua sequenza complementare GAA e, quando questa la tripletta è utilizzata nel processo di sintesi proteica, la tripletta codifica per un acido glutammato, inserito nella proteina che svolge la sua funzione. Se la tripletta CTT durante il processo di duplicazione viene sostituita con una base errata e quindi sul filamento di DNA anziché trovare la tripletta CTT, troviamo la tripletta CAT (perché è stato effettuato un errore), la dna polimerasi non si accorge di questo errore e, durante il processo di trascrizione, essa viene ricopiata e troviamo la tripletta GUA. Mettendo a confronto i 2 mRNA cioè quello in cui il DNA è nativo e l’mRNA delle cellule in cui si ha avuto la mutazione, la sequenza è diversa. La sequenza diversa si ripercuote anche sulla proteina poiché, la tripletta GUA codifica per un aminoacido che si chiama “valina”. Se prendiamo in considerazione un enzima, esso possiede un sito attivo che, altro non è che una serie di aminoacidi in grado di coordinare legami di interazione con il substrato. Se nel sito attivo per coordinare il strato è presente il glutammato, se questo è sostituito con una valina, il meccanismo di interazione viene meno e l’enzima non è più in grado di metabolizzare il substrato. Sebbene stiamo cambiando un unico aminoacido, questo può avere gravi conseguenze sulla proteina. O per esempio, prendendo in considerazione le proteine che vengono fosforilate su residui di tirosina, l’enzima è la tirosinachinasi che ha come substrato con una tirosina che deve essere fosforilata; se ad essere cambiata è proprio la tirosina, questa proteina non può più essere fosforilata, non si è più in grado di attivare il substrato. Perdere il funzionamento di una proteina si ripercuote sul funzionamento cellulare. Questo tipo di mutazione in cui, a seguito del cambiamento di un’unica base nel DNA, cambiamo la sequenza di aminoacidi nella proteina, questa mutazione è chiamata “ mutazione missenso”. La mutazione missenso è una mutazione puntiforme cioè che si verifica a carico di un unico nucleotide (un’unica base), questa mutazione puntiforme porta a cambiare un aminoacido (viene sostituito con un altro) nella proteina. Cambiando un unico nucleotide si può verificare un’altra situazione: Se il DNA nativo presenta la sequenza AAT, sull’mRNA troveremo la sequenza complementare UUA; questa tripletta codifica per l’aminoacido “leucina”. La tripletta UUA, partendo dal DNA, non è più ottenuta perché nel DNA al posto della A troviamo una T, per cui troveremo la tripletta ATT. La tripletta ATT verrà ricopiata sulla molecola di mRNA per ottenere la tripletta UAA che, essendo un codone di stop, non codifica per nessun aminoacido: la sintesi proteica verrà interrotta prematuramente. Questo tipo di mutazione puntiforme è chiamato “mutazione non senso”. La mutazione non senso è una mutazione puntiforme che ci permette di inserire prematuramente un codone di stop, otterremo una proteina non funzionale e si avrà quindi un’interruzione prematura del processo di sintesi proteica. Il 3 caso che si può verificare è cambiare la sequenza del DNA ma, l’aminoacido che verrà inserito nella proteina è uguale, questo lo riconduciamo alla proprietà del codice genetico definita come “degenerato” (Avere più triplette che codificano per lo stesso aminoacido). Pur avendo cambiato la sequenza del DNA, non notiamo alcun cambiamento perché la proteina è identica. Questo tipo di mutazione puntiforme è chiamata “mutazione silente”. RICAPITOLANDO: le mutazioni puntiformi possono essere di 3 tipo: M.missenso, M.non senso, M.silente. Nelle mutazioni missenso si cambia la sequenza del DNA e si cambia l’aminoacido nella proteina. Nelle mutazioni non senso si cambia la sequenza del DNA e si introduce un codone di stop prematuro (avremo una proteina più corta rispetto alla proteina normale) Nelle mutazioni silenti si cambia la sequenza delle basi nel DNA ma non si cambia la sequenza degli aminoacidi, grazie alla proprietà del codice genetico che è “degenerato”, cioè di avere più triplette che codificano per uno stesso aminoacido. Molto più gravi sono quelle mutazioni che si chiamano “inserzione” e “delezione”. Inserzione: inserire nucleotidi lungo il filamento di DNA, Delezione: togliere nucleotidi dalla sequenza di DNA. Le inserzioni sono meccanismi utilizzati dai virus che integrano il loro DNA nel nostro, utilizzano il nostro DNA per creare le loro proteine. Le situazioni di inserzione o di delezione sono molto pericolose perché viene cambiato totalmente il quadro di lettura della proteina. Il quadro di lettura è totalmente sfasato: inserire un nucleotide fa cambiare totalmente la sequenza delll’intera proteina, dal punto in cui il nucleotide è stato inserito in poi. Questo tipo di mutazioni vengono dette “frameshift” (freimscift) = cambio del quadro di lettura: cambiamo l’ordine con cui si leggano le triplette, per ottenere proteine totalmente diverse in tutti gli aminoacidi rispetto alla proteina di partenza. Inoltre, si possono ottenere proteine molto corte, perché questa mutazione ci fa ritrovare un codone di stop prematuro. Sono proteine che mancano totalmente di funzionalità, proteine totalmente diverse da quelle di partenza.