Schemi riassuntivi sulla traduzione: dall'RNA alle proteine

1. La traduzione: dall’RNA alle proteine
La traduzione è l’ultima delle due fasi del processo di sintesi proteica e consiste nel
tradurre il codice genetico in molecole che svolgono funzioni necessarie alla vita della
cellula. Il processo di sintesi proteica è un processo nel quale la cellula utilizza tutti i
tipi di RNA: mRNA, tRNA e rRNA. Nei procarioti i filamenti di mRNA prodotti dalla
trascrizione sono immediatamente tradotti in proteine, ovvero trascrizione e
traduzione avvengono contestualmente in quanto non esiste una divisone netta tra
nucleo e citoplasma e quindi la sintesi proteica può iniziare direttamente sui filamenti
di mRNA in cui è ancora in atto la trascrizione. Negli eucarioti, invece, i prodotti della
trascrizione non possono essere direttamente tradotti ed utilizzati per la sintesi proteica
ma devono prima subire dei cambiamenti per aumentare la loro stabilità e per evitare
la loro degradazione.
I ribosomi sono il luogo fisico dove avviene la traduzione e presentano una struttura complessa grazie alla quale
sono in grado di assembrare una catena polipeptidica mantenendo nella giusta posizione l’mRNA e il tRNA carichi.
Sono strutture cellulari non specifiche per la sintesi di un solo polipeptide, bensì ogni ribosoma può usare qualsiasi
mRNA e tRNA carichi per costituire molti peptidi differenti. La struttura del polipeptide da produrre è infatti
specificata nella sequenza lineare dei codoni dell’mRNA. Ogni ribosoma è costituito da due subunità, una maggiore
e una minore.
Negli eucarioti, la subunità maggiore è composta da tre diversi tipi di rRNA e da circa 45 proteine differenti mentre
la subunità minore, è composta da un solo tipo di rRNA e 33 proteine diverse. Le varie proteine e gli rRNA
ribosomiali sono tenuti insieme da forze ioniche o idrofobiche e quando i ribosomi sono impegnati nella traduzione
di mRNA, le due subunità sono separate.
Nei procarioti invece, i ribosomi sono un po’ più piccoli e contengono proteine e RNA diversi ma sono comunque
formati da due subunità.
Per ognuno dei 20 amminoacidi esistenti, esiste almeno un tipo specifico di molecola di tRNA composta da circa
75-80 nucleotidi dove alcune sequenze di questi sono uguali in tutti i tRNA e prendono nome di basi invariabili. I
tRNA presentano tutti una configurazione a trifoglio che è mantenuta tale grazie alla presenza di ponti/legami a
idrogeno fra diversi siti della sequenza permettendo così al tRNA di interagire con gli amminoacidi, con l’mRNA
e con i ribosomi. All’estremità 3’ di ogni molecola di tRNA si trova il sito di attacco per l’amminoacido ovvero il
punto in cui l’amminoacido specifico si lega al tRNA attraverso un legame covalente. Verso la metà della
sequenza di tRNA, si trova invece un gruppi di tre basi chiamato anticodone, che costituisce il sito di
appaiamento con il codone posto sull’mRNA. Ciascun tipo di tRNA contiene un particolare anticodone che è
complementare al codone di mRNA corrispondente al proprio amminoacido. Il caricamento di ogni amminoacido
sul proprio tRNA è realizzato da una famiglia di enzimi, chiamati amminoacil-tRNA-sintasi, ognuno dei quali è
specifico per un solo amminoacido e per il suo tRNA corrispondente (l’alanil-tRNA-sintasi, la tirosil-tRNA-
sintasi). Grazie alla propria struttura, ogni tRNA è riconosciuto dal proprio enzima così da avere un tasso di errore
molto basso. L’amminoacido si attacca all’estremità 3’ del tRNA con un legame ricco di energia generando un
tRNA carico che utilizza l’energia del legame per formare il legame peptidico con gli amminoacidi adiacenti.
I geni degli eucarioti sono inoltre costituiti dall’alternanza di tratti codificanti e tratti non codificanti. Prima di poter
essere utilizzati necessitano dunque di essere tagliati e saldati così da eliminare le parti non codificanti. Le molecole
che mettono in relazione l’informazione contenuta nei codoni dell’mRNA con la sequenza di amminoacidi del
polipeptide, è la molecola di tRNA che svolge diverse funzioni:
- Leggere il codone dell’mRNA e associarsi a questo;
- Caricarsi dell’amminoacido corrispondente al codone di mRNA letto;
- Interagire con i ribosomi.
Sulla subunità maggiore del ribosoma si trovano i tre siti di legame per il
tRNA che esso passa attraverso un ordine preciso:
- Sito A (sito amminoacilico) è dove l’anticodono del tRNA carico si
lega al codone dell’mRNA, allineando l’amminoacido che va aggiunto
alla catena polipeptidica in formazione;
- Sito P (sito peptidico) è dove il tRNA cede il proprio amminoacido
alla catena polipeptidica;
- Sito E (sito di uscita) è dove il tRNA che ha consegnato il proprio
amminoacido si trova proprio prima di staccarsi dal ribosoma per poi
tornare nel citosol e ricominciare il processo.
.

2. Come la trascrizione, anche la traduzione si svolge in tre fasi: inizio, allungamento e terminazione.
Il processo inizia con la formazione del complesso di inizio: la subunità ribosomiale minore, legata ad alcune
proteine chiamate fattori d’inizio, che la mantengono in posizione, inizia a scorrere il filamento mRNA a partire
dall’estremità 3’ fino a quando non incontra il codone d’inizio AUG; a questo punto il tRNA carico
dell’amminoacido metionina si lega con il proprio anticodone al proprio codone d’inizio.
All’inizio della fase di allungamento nel sito A libero entra un tRNA
carico il cui anticodone è complementare al secondo codone
dell’mRNA e dunque ne consegue che un nuovo amminoacido occupa
il sito A del ribosoma. A questo punto entrambi i siti P ed A sono
occupati e la subunità maggiore del ribosoma catalizza
contemporaneamente due reazioni: rompe il legame tra tRNA con
l’amminoacido nel sito P e catalizza la formazione di un legame
Dopo che il tRNA caricato con metionina si è
legato all’mRNA, la subunità maggiore del
ribosoma si unisce al complesso e il tRNA
caricato con metionina scorre nel sito P del
ribosoma mentre il sito A si allinea al secondo
codone dell’mRNA. L’energia necessaria per
questo passaggi è fornita dall’idrolisi del
nucleotide guanosina trifosfato (GTP).
Negli eucarioti, il primo amminoacido di una catena polipeptidica è sempre la metionina anche se non tutte le
proteine mature portano questo aminoacido in questa posizione detta N-terminale e quindi in questi casi la
metionina iniziale deve essere rimossa da un enzima. Lo stesso processo avviene nei procarioti dove il codone di
inizio corrisponde alla formilmetionina ovvero una forma modificata della metionina.
La terminazione infine si verifica quando il ribosoma
incontra uno dei tre codoni di stop. Poiché non esistono
tRNA con anticodoni corrispondenti a queste triplette, nel
sito si inserisce una proteine detta fattore di rilascio. A questo
punto la traduzione cessa, la catena polipeptidica è liberata
dal ribosoma e le due subunità ribosomiali si separano.
peptidico tra la metionina e l’amminoacido legato al tRNA che si trova nel sito A. a questo punto i due
amminoacidi sono legati tra di essi, ma uno è ancora agganciato al proprio tRNA posto nel sito A. una volta che si è
formato il legame peptidico, il ribosoma si sposta in modo che il primo tRNA venga a trovarsi nel sito E possa
essere liberato. Il secondo tRNA, che porta un dipeptide, slitta nel sito P mentre il ribosoma si sposta di un codone
lungo l’mRNA in direzione 5’-3’. Il processo di allungamento procede in modo ripetitivo grazie alla partecipazione
di proteine dette fattori di allungamento che garantiscono la precisione del processo e una buona velocità.
Sia nei procarioti, sia negli eucarioti, la sintesi proteica avviene a livello ribosomiale e richiede una certa
quantità di molecole di RNA ribosomiale e di trasporto. Trascritte a partire da specifici geni presenti nel DNA.
Le cellule procariote però non hanno un nucleo, per cui sia la traduzione, sia la trascrizione avvengono nel
citoplasma e non appena un filamento di mRNA inizia a essere trascritto dal suo DNA stampo, alla sua estremità
5’ inizia a formarsi il complesso di inizio della traduzione permettendo che entrambe le fasi della sintesi proteica
avvengano simultaneamente. Mentre il processo di allungamento si ripete, la parte inziale della molecola
dell’mRNA rimane libera e un altro ribosoma può formare con essa un nuovo complesso di inizio. A questo
punto vengono a trovarsi più ribosomi che leggono la stessa molecola di mRNA; questo gruppo è detto polisoma
e sintetizza contemporaneamente molte copie di un polipeptide a partire dalle istruzioni trasportate da un’unica
molecola di mRNA.
Nelle cellule eucariotiche, invece, la trascrizione avviene nel nucleo mentre la sintesi proteica nel citoplasma.
L’mRNA, una volta sintetizzato deve uscire dal nucleo per essere tradotto e prima della traduzione deve subire
una serie di modificazione. Dunque trascrizione e traduzione non possono avvenire simultaneamente.
Subito dopo la sintesi, una proteina non è necessariamente pronta a funzionare poiché deve ripiegarsi e assumere
le corrette strutture secondarie e terziare. Inoltre alcune proteine devono subire modificazioni chimiche per
essere funzionanti che non possono per forza avvenire nel citoplasma. Le proteine dovranno quindi essere
inviate in specifiche sedi dove verranno modificate o dove svolgeranno le loro funzioni. Per raggiungere la sede
finale è necessaria una sequenza segnale che etichetta la proteina.