1 Traduzione dellinformazione genetica (1). 2 Traduzione dellinformazione genetica (2) Il processo...
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1
Traduzione dell’informazione genetica (1)
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Traduzione dell’informazione genetica (2)
Il processo negli eucarioti richiede: 70 diverse proteine ribosomiali >20 enzimi che attivano i precursori degli amminoacidi >12 enzimi ausiliari e altri fattori proteici per inizio, allungamento e terminazione circa 100 enzimi per le modifiche post-traduzionali >40t ipi di tRNA e rRNA
Nonostante la complessità il processo è veloce
Il processo può utilizzare fino al 90% dell’energia chimica necessaria alla cellula per tutte le reazioni biosintetiche
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Abbiamo 4 basi azotate che compongono il DNA e 20 aminoacidi diversi in natura.Quante basi servono per codificare un amminoacido?
Il codice genetico (1)
3
Più codoni codificano per lo stesso amminoacido
Questo fatto viene indicato come
DEGENERAZIONE DEL CODICE GENETICO
1 base 4 possibilità2 basi 42 = 16 possibilità3 basi 43 = 64 possibilità
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Gli esperimenti di Niremberg hanno permesso di capire che il codice genetico viene letto linearmente senza sovrapposizioni e ogni aminoacido viene riconosciuto da tre basi triplettetriplette o codoni codoni
Il codice genetico (2)
Triplette non sovrapposte
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Il codice genetico (3)
Quadro di lettura del codice genetico
Phe Ser LeuAsp Asp
Ile His Ser
Ser Arg TrpThr Arg
Phe Thr
Leu Gly GlyPro Asp
Ser Gln
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6
Appaiamento codone-anticodone
Ipotesi dell’oscillamento
La terza posizione in ogni codone è
molto meno specifica della prima e della seconda e viene detta oscillante. oscillante.
Ciò permette ad alcuni tRNA di riconoscere più
di un codon ottimizzando sia l’accuratezza sia
la velocità della sintesi proteica
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I ribosomi
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tRNA
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Sintesi proteica (1)
La sintesi proteica avviene in cinque stadi
Stadio 1Stadio 1: le amminoacil-tRNA sintetasi legano il corretto amminoacido ai tRNA corrispondenti
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Sintesi proteica (2)
Stadio 1Stadio 1: le amminoacil-tRNA sintetasi legano il corretto amminoacido ai tRNA corrispondenti
Amminoacil-tRNA sintetasi (classe II)
Meccanismo di azione
Prima fasePrima fase: formazione dell’intermedioamminoacil-AMP legato all’enzima
Seconda faseSeconda fase: trasferimento dell’intermediodall’enzima al tRNA
Alcune amminoacil-tRNA sintetasi svolgono anche attività di proofreading
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Sintesi proteica (3)
Stadio 2Stadio 2: un amminoacido specifico inizia la sintesi proteica
Sequenze di mRNA che funzionano da segnali di inizio
Procarioti
Eucarioti
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Sintesi proteica (4)
Stadio 3Stadio 3: allungamento (formazione legami peptidici)
Prima fasePrima fase: Seconda faseSeconda fase: Terza faseTerza fase:
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Sintesi proteica (5)
Stadio 4Stadio 4: terminazione della sintesi proteica mediante fattore di
rilascio (RF)
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Stadio 5Stadio 5: modificazioni post-traduzionali (1)
Modificazioni ammino-terminali & carbossi-terminali
Perdita delle sequenze segnale
Il primo residuo che viene inserito in tutti i polipeptidi è N-formilmetionina(procarioti) e metionina (eucarioti).
Nelle proteine mature questo si riscontra solo raramente; per il 50% questi gruppi vengono acetilati; in altri casi rimossi.
Talvolta anche i residui ammino-carbossilici vengono modificati
I primi 15-30 residui ammino- terminali delle proteine svolgono un ruolo fondamentale nel dirigere la proteina verso una posizione specifica intra- o
extra-cellulare (vedi trasporto e destinazione delle proteine).Queste sequenze segnale sequenze segnale vengono alla fine del processo rimosse da
specifiche peptidasi.
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Modificazioni di singoli amminoacidi
I gruppi ossidrilici di alcuni residui di Ser, Thr e Tyr, sono fosforilati per
ottenere proteine funzionali Attivazione della glicogeno fosforilasi
per fosforilazione di un residuo di SerFosforilazione di residui di Ser nella
caseina del latte per legare il Ca2+
Stadio 5Stadio 5: modificazioni post-traduzionali (2)
L’aggiunta di gruppi carbossilici a residui di Glu della protrombina permettono al Ca2+ di legarsi e
innescare la coagulazione del sangue
L’idrossilazione della Pro e Lys sono una tappa fondamentale perla corretta maturazione del collagene, la proteina più abbondante
nei vertebrati
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Aggiunta di catene laterali di carboidrati
Stadio 5Stadio 5: modificazioni post-traduzionali(3)
Molte proteine che devono essere esportate all’esterno della cellula(Es: collagene) o inserite nella
membrana plasmatica sono glicosilate
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Aggiunta di gruppi isoprenilici
Stadio 5Stadio 5: modificazioni post-traduzionali (4)
Alcune proteine eucariotiche vengono modificate per aggiunta di derivati dell’isoprene come il farnesil pirofosfato. Il gruppo isoprenilico serve ad ancorare le proteine alla membrana biologica.
Es: Proteine oncogene RAS
Una recente strategia chemioterapica anticancro consiste nel bloccare
l’isoprenilizzazione dell’oncogene RAS
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Aggiunta di gruppi prostetici
Stadio 5Stadio 5: modificazioni post-traduzionali (5)
Per svolgere la loro azione biologica (in genere attività catalitica), molte proteine hanno
bisogno di gruppi prostetici legati covalentemente
(es: carbossilasi, eme dell’emoglobina
Es: Acetil-CoA carbossilasi
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Modificazioni proteolitiche
Stadio 5Stadio 5: modificazioni post-traduzionali (6)
Es: attivazione di zimogeni
Le catene A,B,C della chimotripsina sono unite da ponti
disolfuro
Molte proteine sono sintetizzate inizialmente come precursori inattivi di dimensioni più grandi; successivamente vengonomodificati proteoliticamente per produrre le loro forme attivepiù piccole (es: pro insulina,chimotripsinogeno, tripsinogeno)
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20
Stadio 5Stadio 5: modificazioni post-traduzionali (7)
Ponte disolfuro
intraintracatena
Ponte disolfuro
interintercatena
Catena ACatena Aidentica in:uomomaialecaneconigliocapodoglio
Catena BCatena Bidentica in:buecanemaialecapra cavallo
Es: Insulina bovina
Dopo il “folding” alcune proteine formano legami
disolfuro (intracatena o intercatena) tra residui
di cisteina.Negli eucarioti , i legami
disolfuro si trovano comunemente nelle proteine che devono
essere esportate fuori dalle cellule
Formazione legami disolfuro
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Inibizione della sintesi proteica
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Polisomi
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23
Trasporto a destinazione delle proteine (1)
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Trasporto a destinazione delle proteine (2) La glicosilzione svolge un ruolo chiave nel
trasporto a destinazione delle proteine
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25
Trasporto a destinazione delle proteine (3)
Via seguita dalle proteine destinate ai liposomi, alla membrana plasmatica
o alla secrezione
Il diverso destino e segnato da marcatori chimici specifici marcatori chimici specifici
(vedi glicosilazione delle idrolasi indirizzate ai liposomi)
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26
Trasporto a destinazione delle proteine (4) Es: Fosforilazione di residui di
mannosio delle idrolasi destinate ai lisosomi
per svolgere la loro funzione
Complesso del Golgi
Lisosoma
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27
Trasporto a destinazione delle proteine (5) Trasporto delle proteine nel nucleo
N L S Sequenza segnale interna alla catena polipeptidica non rimossa dopo la
destinazione finale
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Trasporto a destinazione delle proteine (6)
Molte proteine entrano nelle cellule per endocitosi
mediata da recettori
Es: Ingresso del colesteroloIngresso del colesterolo
Un meccanismo analogo viene sfruttato da alcune tossine (difterite,colera)
e virus (influenza)
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Trasporto a destinazione delle proteine (7) Negli eucarioti le proteine difettose o con emivita
breve vengono degradate dai proteosomi proteosomi mediante un sistema ATP dipendente (“ubiquitinazione”“ubiquitinazione”)
L’inefficienza o la eccessiva degradazione di questi
sistemi sono causa di molte malattie (tumori, malattie renali, asma, morbo di Alzheimer , morbo di
Parkinson, fibrosi cistica ….)