Prof. Domenico Ripolo

1. Sintesi proteica Prof. Domenico Ripolo

2. 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

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

4. 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 dettagene

5. Gli “attori” – Il DNA Ad esempio, questo potrebbe essere il gene per l’insulina… … e questo il gene per l’emoglobina

6. 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)

7. 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.

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

9. 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

10. Gli “attori” – Amminoacidi La sintesi proteica richiede anche gli amminoacidi, cioè i “mattoncini” che, assemblati in sequenza, costituiranno le proteine

11. 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

12. Ala Met Tyr Val Gly Gli “attori” – Amminoacidi Una sequenza di amminoacidi, come questa… … è un polipeptide. Le proteine sono polipeptidi generalmente molto lunghi e con un organizzazione anche molto complessa.

13. 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

14. 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)

15. La trascrizione Nella fase di trascrizione la doppia elica di una porzione di DNA viene dapprima svolta… … ad opera di un enzima detto RNA-Polimerasi

16. 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.

17. La trascrizione Ecco un modello tridimensionale dell’RNA-Polimerasi

18. C G G C A T G C T A T A G C G C A T C G A T T A La trascrizione Ad esempio, prendiamo una porzione di DNA come quella mostrata a sinistra

19. C G G C A T G C T A T A G C G C A T C G A T T A La trascrizione Ad esempio, prendiamo una porzione di DNA come quella mostrata a sinistra

20. C G G C A T G C T A T A G C G C A T C G A T T A La trascrizione Ad esempio, prendiamo una porzione di DNA come quella mostrata a sinistra

21. C G G C A T G C T A T A G C G C A T C G A T T A La trascrizione Ad esempio, prendiamo una porzione di DNA come quella mostrata a sinistra

22. C G G C A T G C T A T A G C G C A T C G A T T A La trascrizione Dopo la separazione dei due filamenti, l’RNA polimerasi comincia ad assemblare la catena complementare di mRNA…

23. C G G G C A U U G C C T A A A T G C G A C A U T La trascrizione … utilizzando come stampo uno dei filamenti e secondo la complementarietà delle basi.

24. G G C U U C C A A A C U La trascrizione … La catena di RNA messaggero così formata...

25. G G C U U C C A A A C U La trascrizione … La catena di RNA messaggero così formata...

26. G G C U U C C A A A C U La trascrizione … sarà una sorta di impronta “in negativo” del gene da cui si è originato… RNA messagero … e migrerà verso i ribosomi liberi nel citoplasma o verso quelli attaccati al reticolo endoplasmatico rugoso, portando le istruzioni per la sintesi della proteina.

27. Dalla trascrizione alla traduzione

28. 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”)?

29. 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

30. 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

31. 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

32. 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

33. Val Gly Ala Gln C A U G G A C G A G U U G C U C A A C C U G U A La traduzione La fase di traduzione ha inizio quando l’RNA messaggero si attacca al ribosoma. Successivamente su ogni codone si attaccherà il tRNA con l’anticodone complementare, portandosi dietro un amminoacido. anticodone codone

34. Val Gly Ala Gln C A U G G A C G A G U U G C U C A A C C U G U A La traduzione La fase di traduzione ha inizio quando l’RNA messaggero si attacca al ribosoma. Successivamente su ogni codone si attaccherà il tRNA con l’anticodone complementare, portandosi dietro un amminoacido.

35. Val Gly Ala Gln C A U G G A C G A G U U G C U C A A C C U G U A La traduzione La fase di traduzione ha inizio quando l’RNA messaggero si attacca al ribosoma. Successivamente su ogni codone si attaccherà il tRNA con l’anticodone complementare, portandosi dietro un amminoacido.

36. Val Gly Ala Gln C A U G G A C G A G U U G C U C A A C C U G U A La traduzione La fase di traduzione ha inizio quando l’RNA messaggero si attacca al ribosoma. Successivamente su ogni codone si attaccherà il tRNA con l’anticodone complementare, portandosi dietro un amminoacido.

37. Val Gly Ala Gln C A U G G A C G A G U U G C U C A A C C U G U A La traduzione La fase di traduzione ha inizio quando l’RNA messaggero si attacca al ribosoma. Successivamente su ogni codone si attaccherà il tRNA con l’anticodone complementare, portandosi dietro un amminoacido.

38. Val Gly Ala Gln C A U G G A C G A G U U G C U C A A C C U G U A La traduzione La fase di traduzione ha inizio quando l’RNA messaggero si attacca al ribosoma. Successivamente su ogni codone si attaccherà il tRNA con l’anticodone complementare, portandosi dietro un amminoacido.

39. Val Gly Ala Gln C A U G G A C G A G U U G C U C A A C C U G U A La traduzione La fase di traduzione ha inizio quando l’RNA messaggero si attacca al ribosoma. Successivamente su ogni codone si attaccherà il tRNA con l’anticodone complementare, portandosi dietro un amminoacido.

40. Val Gly Ala Gln C A U G G A C G A G U U G C U C A A C C U G U A La traduzione La fase di traduzione ha inizio quando l’RNA messaggero si attacca al ribosoma. Successivamente su ogni codone si attaccherà il tRNA con l’anticodone complementare, portandosi dietro un amminoacido.

41. Val Gly Gln C A U G G A G U U C G A G C U C A A C C U G U A La traduzione L’amminoacido del primo tRNA si lega poi a quello del secondo… Ala

42. Val Gly Gln C A U G G A G U U C G A G C U C A A C C U G U A La traduzione L’amminoacido del primo tRNA si lega poi a quello del secondo… Ala

43. Val Gly Gln C A U G G A G U U C G A G C U C A A C C U G U A La traduzione L’amminoacido del primo tRNA si lega poi a quello del secondo… Ala

44. Val Gly Gln C A U G G A G U U C G A G C U C A A C C U G U A La traduzione … il primo tRNA si allontana… Ala

45. Val Gly Gln C A U G G A G U U C G A G C U C A A C C U G U A La traduzione … il primo tRNA si allontana… Ala

46. Val Gly Gln C A U G G A G U U C G A G C U C A A C C U G U A La traduzione … il primo tRNA si allontana… Ala

47. Val Gly Gln C A U G G A G U U C G A G C U C A A C C U G U A La traduzione … e un nuovo tRNA si attacca all’RNA messaggero Ala

48. Val Gly Gln C A U G G A G U U G C U C A A C C U G U A La traduzione … e un nuovo tRNA si attacca all’RNA messaggero Ala

49. Val Gly Gln C A U G G A G U U G C U C A A C C U G U A La traduzione … e un nuovo tRNA si attacca all’RNA messaggero Ala

50. Val Gly Ala Gln C A U G G A G C U C A A C C U G U A La traduzione … e così via. G U U