La TRADUZIONE - punti chiave

L'espressione genica, come già detto, si divide in due step: la trascrizione e la traduzione.

Nella scorsa lezione abbiamo analizzato il primo step, da questa cominciamo ad entrare nel dettaglio del secondo.

Parliamo dei tre punti chiave della traduzione.

Come accennato nella lezione 54, la traduzione è il processo attraverso cui le cellule, nei ribosomi, traducono l'RNA messaggero appena trascritto, una sequenza di nucleotidi, in una catena polipeptidica, una sequenza di amminoacidi.

La traduzione è perciò lo step in cui l'informazione cambia linguaggio, viene tradotta.

Vediamo allora i tre punti chiave.

La traduzione avviene, come detto, nei ribosomi, organuli presenti nel citoplasma o sul reticolo endoplasmatico e costituiti da RNA ribosomiale o rRNA e proteine.

Il codice di traduzione tra i due linguaggi viene detto codice genetico, un codone, cioè una sequenza di tre nucleotidi dell'mRNA, corrisponde ad un amminoacido.

I traduttori che utilizzano il codice genetico per convertire l'informazione sono i tRNA o RNA transfer.

Queste sono molecole adattatrici che fanno da ponte tra l'mRNA e la catena polipeptidica.

In questa lezione parleremo appunto di questi tre punti chiave appena elencati, ma per favorire la chiarezza dei concetti lo faremo mischiando le carte, affrontando gli argomenti in ordine diverso.

Partiamo dai traduttori.

Gli RNA transfer.

Ogni RNA transfer è costituito da una corta catena di ribonucleotidi e deve far corrispondere, secondo il codice genetico, un codone dell'mRNA a un amminoacido della catena polipeptidica.

La catena polinucleotidica di un tRNA è organizzata in una specifica e distintiva struttura tridimensionale, contenente regioni a doppio filamento di RNA e tre anse di nucleotidi.

Queste strutture sono tenute insieme dai legami a idrogeno tra le basi complementari della catena.

Non vi spaventate dall'immagine della struttura del tRNA, è importante ricordare l'ansa dell'anticodone e il sito di attacco per l'amminoacido.

Aiutatevi con la rappresentazione in 2D.

L'ansa dell'anticodone contiene una sequenza di tre nucleotidi, chiamata anticodone appunto, necessaria a riconoscere il codone corrispondente presente sull'mRNA.

Ogni tRNA ha uno specifico anticodone che si lega al suo codone complementare sull'mRNA.

Ah!

Mi raccomando alle direzioni.

Codone e anticodone sono antiparalleli.

Il sito di attacco per l'amminoacido si trova dall'altra parte della molecola di tRNA.

All'estremità 3' primo.

E serve, come dice il nome, ad accettare l'amminoacido corrispondente al codone complementare all'anticodone.

Ogni tRNA accetta uno specifico amminoacido.

Enzimi chiamati amminoacil-tRNA-sintetasi usano l'ATP come fonte di energia per legare, con un legame covalente, l'amminoacido specifico alla sua molecola di tRNA.

Il complesso che deriva dal legame tra l'amminoacido e il tRNA viene chiamato amminoacil-tRNA.

Ed è in grado a questo punto di riconoscere sull'mRNA il codone corrispondente al proprio anticodone.

Capito in che senso il tRNA è una molecola adattatrice?

Fa corrispondere l'adeguato amminoacido legato su di sé.

Al codone riconosciuto dal proprio anticodone.

Prima ho detto dall'altra parte.

Lo vedete in questa immagine 2D come i due elementi sono uno in alto e l'altro in basso?

Ma vediamo di essere precisi.

Nella struttura tridimensionale del tRNA la distanza tra l'anticodone e il sito di legame dell'amminoacido è mantenuta costante.

Questo permette, nel processo di traduzioni, il preciso posizionamento degli amminoacidi.

Necessario alla corretta formazione dei legami peptidici della catena polipeptidica in allungamento.

Abbiamo appena detto che i tRNA sono le molecole adattatrici.

Che fanno corrispondere un codone ad uno specifico amminoacido della catena polipeptidica.

Sono i traduttori.

Studiamo adesso il loro dizionario, il codice di traduzione.

Il codice genetico.

Il codice genetico, lo avevamo accennato studiando il dogma della biologia, è quasi universale.

È lo stesso in organismi molto diversi tra loro.

Praticamente in tutti gli organismi.

Si conoscono però alcune eccezioni ed una di essa è data dal codice genetico mitocondriale.

Quello del DNA presente nei mitocondri.

Che è simile a quello nucleare, ma non identico.

Dobbiamo accennare poi al codon usage.

Organismi diversi, pur avendo lo stesso codice genetico, preferiscono esprimere uno stesso amminoacido attraverso l'utilizzo di un codone o di un altro tra quelli sinonimi per quell'amminoacido.

Facciamo un esempio.

Se un organismo per incorporare la leucina usa preferenzialmente il codone CUU.

Un altro organismo, sempre per la leucina, potrà usare preferenzialmente il codone CUC.

Ragioniamo adesso insieme.

Le proteine sono costituite da 20 amminoacidi comuni e nell'RNA esistono solo quattro nucleotidi, quattro basi azotate: A, G, C e U.

La prima ipotesi che possiamo fare è che ogni base codifichi per un amminoacido.

Ma pensateci, non è possibile, perché così si potrebbero codificare solo 4, 4 elevato a 1, dei 20 amminoacidi.

Un codice a due basi, ogni due basi un amminoacido allora?

No, perché quattro basi disponibili elevato alla seconda, il numero di basi ipotizzato codificare per un amminoacido, da 16.

E questo numero è ancora inferiore a 20, il numero degli amminoacidi più comuni.

Lezione 22 per memorizzarli.

Proviamo con un codice a triplette.

Quattro basi disponibili elevato alla terza, il numero di basi ipotizzato codificare per un amminoacido.

Uguale 64.

Le combinazioni possibili di codoni sono 64, abbastanza per codificare i 20 amminoacidi.

Anche troppe.

Ma ci arriviamo.

Fu Francis Crick, ancora lui, insieme al biologo Sidney Brenner, a dimostrare nel 1961.

Attraverso osservazioni sperimentali che il codice genetico è basato su una serie di triplette di basi azotate non sovrapposte, chiamate codoni.

Non sovrapposte, lo sottolineo.

Perché è importante.

L'mRNA da tradurre viene letto tre basi, una tripletta, alla volta.

Il punto di partenza, l'AUG, codone di start, imposta la sequenza di lettura.

La cosiddetta reading frame del messaggio.

Partite a leggere una base prima o una base dopo.

E cambia tutto.

Logico, no?

Dopo vari altri studi che utilizzavano molecole di mRNA sintetizzate in laboratorio, costituite da sequenze note di nucleotidi.

Furono decifrati, cioè associati ad un amminoacido, tutti i possibili codoni.

Fu decifrato il codice genetico.

Dei 64 codoni, 61 codificano ciascuno per un amminoacido.

E tre per un segnale di stop.

UAA, UAG e UGA.

Il codone di start codifica per la metionina.

61 codoni per 20 amminoacidi.

Troppi.

Ne deriva che, come potete vedere, uno stesso amminoacido può essere codificato da più di un codone.

Solo la metionina e il triptofano sono codificati da un solo codone.

Il codice genetico è pertanto ridondante o degenerato.

Degenerato che però non significa ambiguo.

Ogni codone codifica solamente per uno specifico amminoacido.

Indovinate chi provò a spiegare le possibili cause della degenerazione del codice genetico?

Ma Francis Crick.

Ovvio.

Lo fece nel 1966 elaborando la wobble hypothesis.

Secondo questa ipotesi, solo le prime due basi al 5' primo del codone hanno un appaiamento preciso con l'anticodone del tRNA.

Mentre l'appaiamento tra la terza base al 3' primo del codone e la prima base al 5' primo dell'anticodone può wobble, oscillare.

Può non seguire le regole canoniche di appaiamento fra basi complementari.

Le vedete le terze basi dei codoni nel codice genetico?

Ecco, focalizzatevi un attimo su quelle.

Questo fenomeno di oscillazione permette ad un singolo tRNA di riconoscere più di un codone.

E la cellula risparmia così nel numero di tRNA.

Un tRNA con un amminoacido come la leucina legato al 3' primo, ad esempio, può riconoscere e legarsi a più di un codone.

Manca di parlare del luogo in cui avviene la traduzione.

Il ribosoma.

I ribosomi sono organuli che abbiamo già studiato da un punto di vista cellulare.

Nella lezione 29.

Adesso li affrontiamo da un punto di vista funzionale.

Partiamo sottolineando che i ribosomi procariotici e quelli eucariotici non sono identici.

Ma in entrambi i casi sono costituiti da due subunità.

Una maggiore e una minore.

Composte da proteine e RNA ribosomiale o rRNA.

L'RNA messaggero che deve essere tradotto si inserisce nel ribosoma attraverso una scanalatura.

Che si crea fra le superfici di contatto delle due subunità, la maggiore e la minore.

Ve la ricordate la metafora della rosetta con la mortadella della lezione 29?

Ecco, forse adesso la capirete anche meglio.

Le immagini 2D del ribosoma in traduzione mi hanno sempre ricordato proprio una rosetta e non un altro tipo di panino.

Anche per via delle sue tre depressioni.

I tre siti di legami per il tRNA.

Il sito A, amminoacilico.

Il sito P, peptidilico.

Ed il sito E, exit, uscita.

I tRNA si spostano attraverso questi siti.

Da A a P a E.

Il sito P, quello centrale, è quello in cui si trova il tRNA.

Su cui è legata la catena polipeptidica in allungamento.

Quello che porta su di sé l'ultimo amminoacido inserito nella catena.

Il sito A è quello in cui si trova il tRNA.

Su cui è legato l'amminoacido successivo da aggiungere alla catena polipeptidica.

Il sito E, exit, uscita.

È quello in cui i tRNA che sono ormai scarichi perché hanno già legato il loro amminoacido alla catena polipeptidica in allungamento, escono dal ribosoma.

Nella prossima lezione vedremo il processo di traduzione vero e proprio.

Come inizia?

Come viene allungata la catena polipeptidica?

E come termina?

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Ciao e buono studio a tutti.