Il codice genetico

Ma come si fa a passare dal “linguaggio” degli acidi nucleici (che utilizza 4 “lettere”)…

… al “linguaggio” delle proteine (che utilizza 20 “lettere”)?

Il codice genetico

Certo non può esserci una corrispondenza 1:1

Ma non è neanche possibile associare un amminoacido ad una coppia di basi azotate

Infatti le possibili coppie di basi sono 42 = 16 (AA, UU, CC, GG, AU, AC, AG, UA, UC, UG, CA, CG, CU, GA, GU, GC) troppo poche per poter codificare i 20 amminoacidi

Il codice genetico

Appare evidente, quindi, che il codice utilizzato si basa su triplette di basi…

… infatti 43 = 64 combinazioni sono più che sufficienti per codificare i 20 amminoacidi

Il codice genetico

Ed ecco quindi il codice genetico:

Ovviamente è ridondante: ci sono cioè più triplette che codificano per lo stesso amminoacido

Ci sono anche le triplette di inizio (AUG) e di stop (UAA, UAG e UGA) che determinano l’inizio e la fine di una sequenza polipeptidica

Il codice genetico

Il codice genetico è universale: praticamente tutti gli organismi viventi utilizzano questo stesso codice per tradurre una sequenza di basi azotate (il DNA e poi l’RNA) in una sequenza di amminoacidi (la proteina)

Ogni tripletta di basi sull’RNA è anche detta codone

Modificato da un lavoro del prof. Domenico Ripolo

Cos’è la sintesi proteica

• La sintesi proteica è il processo che porta alla formazione delle proteine utilizzando le informazioni contenute nel DNA.

• Si tratta di un processo piuttosto complesso in cui intervengono vari “attori”

• Nelle sue linee fondamentali questo processo è identico in tutte le forme di vita, sia eucarioti che procarioti

• Come vedremo, il processo comincia nel nucleo (negli eucarioti) e termina nel citoplasma o nel reticolo endoplasmatico ruvido

Dove avviene

Gli “attori” – Il DNA

Nel DNA sono contenute le “istruzioni” per sintetizzare le diverse proteine

Ogni “porzione” di DNA che codifica per una specifica proteina è detta gene

Gli “attori” – Il DNA

Ad esempio, questo potrebbe essere il gene per l’insulina…

… e questo il gene per l’emoglobina

…anche se buona parte del DNA degli eucarioti NON è gene.

Gli “attori” – L’RNA

Nella sintesi proteica interviene un altro acido nucleico, l’RNA, presente in 3 forme diverse (ma a filamento singolo):

- l’RNA messaggero (mRNA)

- l’RNA ribosomale (rRNA)

- l’RNA transfer (tRNA)

L’RNA messaggero

l’RNA messaggero (mRNA) è una singola catena lineare di RNA che fa da tramite tra il nucleo e il citoplasma. Contiene una copia “in negativo” del gene.

L’RNA ribosomale

L’RNA ribosomale (rRNA) costituente principale (insieme ad alcune proteine) dei ribosomi, da cui il nome.

L’RNA transfer

L’RNA transfer (tRNA) è una particolare catena di RNA che viene rappresentato bidimensionalmente come un trifoglio...

…mentre la struttura tridimensionale è decisamente più complessa

Gli “attori” – Amminoacidi

La sintesi proteica richiede anche gli amminoacidi, cioè i “mattoncini” che, assemblati in sequenza, costituiranno le proteine

Gli “attori” – Amminoacidi

Tutte le nostre proteine sono costituite da solo 20 tipi di amminoacidi, un po’ come tutte le parole del nostro vocabolario sono formate utilizzando 21 lettere dell’alfabeto

Ala Alanina Gly Glicina Met Metionina Ser SerinaCys Cisteina His Istidina Asn Asparagina Thr TreoninaAsp Acido aspartico Ile Isoleucina Pro Prolina Val ValinaGlu Acido glutammico Lys Lisina Gln Glutammina Trp TriptofanoPhe Fenilalanina Leu Leucina Arg Arginina Tyr Tirosina

Gli “attori” – Amminoacidi

Una sequenza di amminoacidi, come questa…

GlyAla Met Val Tyr

… è un polipeptide.

Le proteine sono polipeptidi generalmente molto lunghi e con un organizzazione anche molto complessa.

Gli “attori” – Ribosomi

Le “fabbriche” cellulari di proteine sono i ribosomi, piccoli organuli costituiti da due subunità

I ribosomi, come detto, sono costituiti da rRNA e proteine

Le fasi della sintesi proteica

Le fasi della sintesi proteica sono 2:

-La Trascrizione (che, negli eucarioti, avviene nel nucleo)

-La Traduzione (che avviene sui ribosomi)

-Negli eucarioti tra le due può avvenire una fase intermedia di maturazione dell’RNA, lo splicing.

The path to transcriptionThe path to transcription

La trascrizione

Nella fase di trascrizione la doppia elica di una porzione di DNA (non tutta la doppia elica) viene dapprima svolta…

… ad opera di un enzima detto RNA-Polimerasi

La trascrizione

Lo stesso enzima apre la doppia elica…

… e inizia, utilizzando uno dei due filamenti come stampo, a costruire una molecola complementare di mRNA.

Trascrizione Trascrizione

DNA coding strand

DNA template strand

DNA

5’

3’

5’

3’

G T C A T T C G G

C A G T A A G C C

G

RNA

5’

GG U C A U U C

3’

La trascrizione

Ecco un modello tridimensionale dell’RNA-Polimerasi

A

G

T

T

G

G

A

C

T

A

C

G

A

A

A

C

G

T

T

C

C

T

G

C

La trascrizione

Ad esempio, prendiamo una porzione di DNA come quella mostrata a sinistra

La trascrizione

Ad esempio, prendiamo una porzione di DNA come quella mostrata a sinistra

A

A

A

C

G

T

T

C

C

T

G

C

A

G

T

T

G

G

A

C

T

A

C

G

La trascrizione

Ad esempio, prendiamo una porzione di DNA come quella mostrata a sinistra

A

A

A

C

G

T

T

C

C

T

G

C

A

G

T

T

G

G

A

C

T

A

C

G

La trascrizione

Ad esempio, prendiamo una porzione di DNA come quella mostrata a sinistra

A

A

A

C

G

T

T

C

C

T

G

C

A

G

T

T

G

G

A

C

T

A

C

G

La trascrizione

Dopo la separazione dei due filamenti, l’RNA polimerasi comincia ad assemblare la catena complementare di mRNA…

A

A

A

C

G

T

T

C

C

T

G

C

A

G

T

T

G

G

A

C

T

A

C

G

La trascrizione

… utilizzando come stampo uno dei filamenti e secondo la complementarietà delle basi.

G

C

U

C

A

A

C

C

U

G

U

A

A

G

T

T

G

G

A

C

T

A

C

G

La trascrizione

… La catena di RNA messaggero così formata...

G

C

U

C

A

A

C

C

U

G

U

A

La trascrizione

… La catena di RNA messaggero così formata...G

C

U

C

A

A

C

C

U

G

U

A

La trascrizione

… sarà una sorta di impronta “in negativo” del gene da cui si è originato…

… e migrerà verso i ribosomi liberi nel citoplasma o verso quelli attaccati al reticolo endoplasmatico rugoso, portando le istruzioni per la sintesi della proteina.

RNA messagero

GCUCAACCUGUA

Dalla trascrizione alla traduzione

I geni eucariotici sonoframmentati: lo splicing I geni eucariotici sono

frammentati: lo splicing

La traduzione

La traduzione è la vera e propria sintesi della catena proteica. Essa può essere divisa in:

iniziazione (attacco del ribosoma e del primo tRNA),

allungamento (aggiunta uno ad uno degli amminoacidi),

terminazione (distacco della catena proteica completa)

La traduzione

La fase di traduzione ha inizio quando l’RNA messaggero si attacca al ribosoma.

G C U C A A C C U G U A

C G A

Ala

UG U

Gln

AG G

Gly

UC A

Val

codone

anticodone

Successivamente su ogni codone si attaccherà il tRNA con l’anticodone complementare, portandosi dietro un amminoacido.

La traduzione

La fase di traduzione ha inizio quando l’RNA messaggero si attacca al ribosoma.

G C U C A A C C U G U A

C G A

Ala

UG U

Gln

AG G

Gly

UC A

Val

Successivamente su ogni codone si attaccherà il tRNA con l’anticodone complementare, portandosi dietro un amminoacido.

La traduzione

La fase di traduzione ha inizio quando l’RNA messaggero si attacca al ribosoma.

G C U C A A C C U G U A

C G A

Ala

UG U

Gln

AG G

Gly

UC A

Val

Successivamente su ogni codone si attaccherà il tRNA con l’anticodone complementare, portandosi dietro un amminoacido.

La traduzione

La fase di traduzione ha inizio quando l’RNA messaggero si attacca al ribosoma.

G C U C A A C C U G U A

C G A

Ala

UG U

Gln

AG G

Gly

UC A

Val

Successivamente su ogni codone si attaccherà il tRNA con l’anticodone complementare, portandosi dietro un amminoacido.

La traduzione

La fase di traduzione ha inizio quando l’RNA messaggero si attacca al ribosoma.

G C U C A A C C U G U A

C G A

Ala

UG U

Gln

AG G

Gly

UC A

Val

Successivamente su ogni codone si attaccherà il tRNA con l’anticodone complementare, portandosi dietro un amminoacido.

La traduzione

La fase di traduzione ha inizio quando l’RNA messaggero si attacca al ribosoma.

G C U C A A C C U G U A

C G A

Ala

UG U

Gln

AG G

Gly

UC A

Val

Successivamente su ogni codone si attaccherà il tRNA con l’anticodone complementare, portandosi dietro un amminoacido.

La traduzione

La fase di traduzione ha inizio quando l’RNA messaggero si attacca al ribosoma.

G C U C A A C C U G U A

C G A

Ala

UG U

Gln

AG G

Gly

UC A

Val

Successivamente su ogni codone si attaccherà il tRNA con l’anticodone complementare, portandosi dietro un amminoacido.

La traduzione

La fase di traduzione ha inizio quando l’RNA messaggero si attacca al ribosoma.

G C U C A A C C U G U A

C G A

Ala

UG U

Gln

AG G

Gly

UC A

Val

Successivamente su ogni codone si attaccherà il tRNA con l’anticodone complementare, portandosi dietro un amminoacido.

La traduzione

G C U C A A C C U G U A

C G A

Ala

UG U

Gln

AG G

Gly

UC A

Val

L’amminoacido del primo tRNA si lega poi a quello del secondo…

La traduzione

G C U C A A C C U G U A

C G A

Ala

UG U

Gln

AG G

Gly

UC A

Val

L’amminoacido del primo tRNA si lega poi a quello del secondo…

La traduzione

G C U C A A C C U G U A

C G A

Ala

UG U

Gln

AG G

Gly

UC A

Val

L’amminoacido del primo tRNA si lega poi a quello del secondo…

La traduzione

G C U C A A C C U G U A

C G A

Ala

UG U

Gln

AG G

Gly

UC A

Val

… il primo tRNA si allontana…

La traduzione

G C U C A A C C U G U A

C G A

Ala

UG U

Gln

AG G

Gly

UC A

Val

… il primo tRNA si allontana…

La traduzione

G C U C A A C C U G U A

C G A

Ala

UG U

Gln

AG G

Gly

UC A

Val

… il primo tRNA si allontana…

La traduzione

G C U C A A C C U G U A

C G A

Ala

UG U

Gln

AG G

Gly

UC A

Val

… e un nuovo tRNA si attacca all’RNA messaggero

La traduzione

G C U C A A C C U G U A

Ala

UG U

Gln

AG G

Gly

UC A

Val

… e un nuovo tRNA si attacca all’RNA messaggero

La traduzione

G C U C A A C C U G U A

Ala

UG U

Gln

AG G

Gly

UC A

Val

… e un nuovo tRNA si attacca all’RNA messaggero

La traduzione

G C U C A A C C U G U A

UG U AG G

Gly

UC A

Val

… e così via.

AlaGln

La traduzione

G C U C A A C C U G U A

UG U AG G

Gly

UC A

Val

… e così via.

AlaGln

La traduzione

G C U C A A C C U G U A

UG U

AG G

Gly

UC A

Val

… e così via.

AlaGln

La traduzione

G C U C A A C C U G U A

UG U

AG G

Gly

UC A

Val

… e così via.

AlaGln

La traduzione

G C U C A A C C U G U A

UG U

AG G

Gly

UC A

Val

… e così via.

AlaGln

La traduzione

G C U C A A C C U G U A

AG G

Gly

UC A

Val

… e così via.

AlaGln

La traduzione

G C U C A A C C U G U A

AG G

Gly

UC A

Val

… e così via.

AlaGln

La traduzione

G C U C A A C C U G U A

AG G

Gly

UC A

Val

… e così via.

AlaGln

La traduzione

G C U C A A C C U G U A

AG G UC A

Val

… e così via.

Gly

AlaGln

La traduzione

G C U C A A C C U G U A

AG G UC A

Val

… e così via.

Gly

AlaGln

La traduzioneIn questo modo si viene a costruire un polipeptide sempre più grande finché non si arriva ad un codone di stop e la sintesi si interrompe (terminazione).

A

GC TTCA AAT

GC AAT

TG TTemplate Strand

Nucleus

Cytoplasm

U C G UU C A A A

U C G UU C A A AmRNA

U C G UU C A A A

A

GC TTCA AAT

GC AAT

TG Ttemplate Strand

Nucleus

CytoplasmAA1

AGC

tRNA’s

U C G UU C A A A

A

GC TTCA AAT

GC AAT

TG Ttemplate Strand

•AA2

AAG

AA1

AGC

tRNA’s

Nucleus

Cytoplasm

ATP

U C G UU C A A A

A

GC TTCA AAT

GC AAT

TG TTemplate Strand

AA3

U U U

•AA2

AAG

AA1

Nucleus

Cytoplasm

AGC

AA1

ATP

U C G UU C A A A

A

GC TTCA AAT

GC AAT

TG TtemplateStrand

AA3

U U U

•AA2

AAG

AA1

Nucleus

Cytoplasm

AGC

AA1

• È frequente che, sullo stesso mRNA, si trovino diversi ribosomi in cui avviene la sintesi di molecole della stessa proteina: poliribosomi o polisomi.

Immagini e dati utilizzati per la realizzazione di questa presentazione provengono da alcuni siti, fra i quali:

http://www.psico.unitn.it/didattica/corsi/50042/

http://it.wikipedia.org/wiki/Sintesi_proteica

http://ogm.greenpeace.it/new/dogmacentrale.php

http://xoomer.virgilio.it/cyrano2510/flusso3.htm

Un interessante filmato che riassume la sintesi proteica è disponibile sul sito www.molecularlab.it nella sezione Multimedia.