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SINTESI PROTEICA e DEGRADAZIONE delle PROTEINE - Coggle Diagram
SINTESI PROTEICA e DEGRADAZIONE delle PROTEINE
SINTESI PROTEICA:
DOGMA CENTRALE DELLA BIOLOGIA:
passaggio da un CODICE a 4 LETTERE (NUCLEOTIDI) ad uno con 20 LETTERE (AMMINOACIDI) oggi 22 grazie alla scoperta di altri due AMMINOACIDI: SELENOCISTEINA e PIRROLISINA
DNA - RNA - PROTEINE = CAGT - CAGU - ARNDC
meccanismo di TRADUZIONE da NUCLEOTIDI ad AMMINOACIDI
CODICE GENETICO:
MINIMO CODICE PROPONIBILE = 64 TRIPLETTE ovvero CODONI (4 alla 3, dove il tre indica il numero di nucleotidi)
vi è però un PROBLEMA: eccesso di triplette (64) rispetto agli amminoacidi (22). 42 triplette non hanno significato? Alcune possono assumere lo stesso significato visto che il codice è degenerato?
Esperimento di NIREMBERG e LEDER (1964): SAGGIO DI LEGAME AI RIBOSOMI
mise in evidenza la presenza di:
TRIPLETTE NON SENSO
UNIVERSALITA' del CODICE GENETICO in tutti gli organismi (ad eccezione di alcuni codoni mitocondriali, protisti ecc.)
SINONIMIE, degenerazione
fino a 6 TRIPLETTE codificano per lo stesso AMMINOACIDO
scopo di DECIFRARE il CODICE GENETICO
Ipotesi di CRICK: VACILLAMENTO TERZA BASE:
scopo di spiegare la DEGENERAZIONE del CODICE GENETICO
vacillamento prima base che essendo situata all'interno di un'ansa, poteva non allinearsi con la terza base al 3' del CODONE
si concluse che DUE CODONI DIVERSI CHE CODIFICANO PER LO STESSO AMMINOACIDO POSSONO ESSERE RICONOSCIUTI DALLO STESSO tRNA
talvolta la prima base al 5' dell'ANTICODONE può essere definita VACILLANTE. Essa di accoppia con la terza base al 3' del CODONE (appaiamento antiparallelo)
indica l'insieme dei CODONI che codificano per gli AMMINOACIDI più i CODONI di STOP, che sono 3: UGA, UAA, UAG
possiede diverse proprietà:
NON AMBIGUO
UNIVERSALE
RIDONDANTE
DEGENERATO (terza base dei codone diversa)
CONTINUO (codoni letti in succesione)
utilizza 61 CODONI DIVERSI per specificare gli AMMINOACIDI, quindi dovremmo aspettarci che nella sintesi proteica siano coinvolti 61 DIVERSI tRNA, alcuni con lo stesso AMMINOACIDO ma non è così
la FLESSIBILITA' di APPAIAMENTO tra la terza base del CODONE e la prima base dell'ANTICODONE fa si che molti tRNA RICONOSCANO PIU' di un CODONE e che il numero dei tRNA sia inferiore a 61
viene tradotto per mezzo di 2 ADATTATORI che agiscono uno dopo l'altro:
tRNA (RNA transfer)
AMMINOACIL-tRNA SINTETASI
ATTORI della TRADUZIONE:
tRNA decifra il codice, mediante uno specifico ANTICODONE, al quale è associato un particolare AMMINOACIDO
ANTICONDONE: TRIPLETTE COMPLEMENTARI ai CODONI
tRNA:
determinano l'ATTIVITA' CATALITICA del centro peptidil-transferasico deputato alla formazione del LEGAME PEPTIDICO
possiedono:
SITO ACCETTORE: lega l'AMMINOACIDO all'estremo COOH- con un LEGAME ESTERE
ANSA TWC: interagisce con l'rRNA 5S della subunità maggiore del RIBOSOMA per ancorare meglio il tRNA
BRACCIO VARIABILE: fino a 20 RIBONUCLEOTIDI
ANSA dell'ANTICODONE: possiede 3 NUCLEOTIDI che si appaiano ai 3 NUCLEOTIDI del CODONE
ANSA D: contiene diidrouracile
raffigurati con una FORMA a TRIFOGLIO dovuta alla sua STRUTTURA TRIDIMENSIONALE a L ROVESCIATA
sono distinti per ANTICODONI DIVERSI, lettura di un AMMINOACIDO SPECIFICO
numero tRNA è minore del numero dei CODONI (61)
sono 31 nei BATTERI e 48 nell'UOMO
rRNA si associa con una serie di PROTEINE per formare i RIBOSOMI, le fabbriche che sintetizzano le PROTEINE
RIBOSOMA: ruolo fondamentale nella formazione del LEGAME PEPTIDICO durante la sintesi proteica, svolge un'attività catalitica e risiede in alcuno tRNA ovvero nei RIBOZIMI
mRNA:
SINTESI e METURAZIONE:
nei BATTERI, PROCARIOTI:
il PRECURSORE degli rRNA è trascritto da una porzione di porzione del DNA chiamata operone ribosomiale
gli mRNA sono POLICISTRONICI ovvero che ogni gene possiede la propria sequenza SHINE-DELGARNO + AUG
negli EUCARIOTI:
il PRECURSORE degli rRNA è sintetizzato e matura nel NUCLEOLO. Successivamente si ha l'assemblaggio con le PROTEINE RIBOSOMIALI e con l'RNA 5S
mRNA porta l'informazione copiata dal DNA sotto forma di una serie di "parole" di 3 basi dette CODONE
CODONE: TRIPLETTE che TRADUCONO per gli AMMINOACIDI
3 POSSIBILI CORNICI DI LETTURA:
FRAME 1: corretta
FRAME 2: AMMINOACIDI diversi rispetto a quelli precedenti, parto dalla seconda base delle prima tripletta
i RIBOSOMI e il tRNA deve capire da quale base partire per tradurre il tutto, capire la CORRETTA CORNICE di LETTURA
FRAME 3: AMMINOACIDI diversi rispetto a quelli precedenti, parto dalla terza base delle prima tripletta
SINTESI degli AMMINOACIL-tRNA:
basta una sola molecole di AMMINOACIL-tRNA-SINTETASI per un singolo AMMINOACIDO ad eccezioni di alcuni specificati da più amminoacidi
riconosce SEQUENZE INTERSPERSE nei tRNA
l'enzima che lega l'AMMINOACIDO al sito accettore del tRNA si chiama AMMINOACIL-tRNA-SINTETASI
la reazione di caricamento di un AMMINOACIDO al corrispondente tRNA prevede l'utilizzo di ATP, ENERGIA, ed avviene in 2 TAPPE:
1) l' amminoacil-tRNA sintetasi catalizza la reazione tra l'amminoacido e l'ATP, formando un complesso amminoacil-adenilato.
2) l'amminoacido si lega al suo specifico tRNA, rilasciando PIROFOSFATO. L'idrolisi di quest'ultimo rende il LEGAME ESTERE stabile ed altamente nergetico
se si lega un AMMINOACIDO SCORRETTO entra in azione il SITO di EDITING che attua un processo di correzione per eliminare l'AMMINOACIDO SCORRETTO per IDROLISI del LEGAME ESTERICO (1 errore su 40.000)
TRADUZIONE:
nei PROCARIOTI:
FASE DI INZIO:
1) attacco delle subunità ribosomiali e del primo amminoacido, portato dal tRNA iniziatore sull'mRNA
2) posizionamento sul primo CODONE da tradurre di tutto ciò che serve
prevede la presenza di:
FATTORI DI INIZIO
tRNA iniziatore: 2 FORMILMETONINA:
M legate a tRNA fMet: formilate e utilizzate per l'inizio della sintesi proteica
M legate a tRNA Met: destinate alle regioni interne
subunità 30S / 50S
FONTE di ENERGIA: GTP
3) corretto posizionamento di 30S sull'mRNA grazie all'appaiamento tra SHINE-DELGARNO e una sequenza all'estremità 3' dell'rRNA 16S grazie a due fattori: IF1 e IF3
4) IF2 porta il primo AUG grazie all'idrolisi di GTP, amminoacido tradotto = formil-metonina. Il RIBOSOMA è pronto ad effettuare la sintesi proteica
5) dentro al RIBOSOMA COMPLETPO si distinguono 3 TASCHE:
SITO P: peptidilico
SITO E: exit
SITO A: amminoacilico
FASE DI ALLUNGAMENTO:
prevede l'allungamento della catena polipeptidica mediante attacco di AMMINOACIL-tRNA e sintesi del LEGAME PEPTIDICO
ADATTTAMENTO AMMINOACIL-tRNA:
1) ingresso del complesso ternario: L’amminoacil-tRNA forma un complesso con EF-Tu e GTP: (EF-Tu–GTP–amminoacil-tRNA). Questo complesso si lega al sito A del ribosoma
2) controllo dell’appaiamento corretto codone–anticodone:
se il tRNA riconosce correttamente il codone presente sull’mRNA nel sito A, avviene un cambiamento conformazionale nel ribosoma che stimola l’idrolisi del GTP legato a EF-Tu
3) rilascio di EF-Tu-GDP: dopo l’idrolisi del GTP, EF-Tu-GDP si stacca, e il tRNA resta correttamente posizionato nel sito A. Il fattore EF-Ts rigenera EF-Tu-GTP per un nuovo ciclo
4) formazione del legame peptidico:
il gruppo amminico dell’amminoacido nel sito A attacca il legame estere tra il peptidil-tRNA (nel sito P) e la catena polipeptidica: si forma un nuovo legame peptidico grazie all’attività peptidil-transferasica del rRNA. Il tRNA nel sito P diventa deacilato, mentre quello nel sito A porta ora la catena peptidica allungata
prevede la presenza di:
FATTORI DI ALLUNGAMENTO
tRNA; tutti
subunità 30S / 50S
FONTE di ENRGIA: GTP
TRASLOCAZIONE E RILASCIO DEL tRNA DEACILATO:
Il peptidil-tRNA passa dal sito A → al sito P. Il tRNA deacilato passa dal sito P → al sito E (exit)
2) rilascio del tRNA deacilato:
il tRNA ormai scarico lascia il ribosoma attraverso il sito E
1) traslocazione della subunità maggiore del ribosoma (porta anche allo spostamento di quella minore):
il fattore EF-G, legato a GTP, si associa al ribosoma e, dopo l’idrolisi del GTP, induce un movimento del ribosoma di un codone lungo l’mRNA
3) Ricomposizione dei siti:
ora il sito A è libero e pronto ad accogliere un nuovo amminoacil-tRNA e il ciclo di allungamento riprende
SEQUENZA SEGNALE da cui inizia la traduzione: SEQUENZA SHINE DALGARNO:
posizionata circa 30 NUCLEOTIDI dal 5'
complementare alla sequenza posta sull'rRNA 16S
5'-AGGAGGU-3'
FASE DI TERMINAZIONE:
avviene quando il RIBOSOMA incontra un CODONE di STOP che entra nel SITO A che blocca la sintesi proteica e induce il rilascio della catena polipeptidica ma anche delle due subunità ribosomiali
1) codone di STOP entra nel sito A e viene riconosciuto dei FATTORI PROTEICI di RILASCIO RF (RF1 con UAA e UAG e RF2 con UAA e UGA)
prevede la presenta di:
FATTORI di TERMINAZIONE
FONTE di ENRGIA: GTP
subunità 30S / 50S
2) i FATTORI di RILASCIO terminano la traduzione inducendo il distacco del POLIPEPTIDE dal peptidil-tRNA mediante IDROLISI del LEGAME ESTERICO
3) dislocazione del RIBOSOMA e distacco dell'mRNA
negli EUCARIOTI:
FASE DI INIZIO:
è costituita da 4 fasi:
2) reclutamento del complesso 43S sul 5' dell'mRNA: unione tra il complesso 43S e il complesso dell'mRNA dando origine al COMPLESSO di INIZIO. Questo legame è mediato dall'interazione tra eIF3 e eIF4G, il quale collega l'estremità 3' e 5' dell'mRNA formando una MOLECOLA CIRCOLARE
3) scanning del 5' UTR e riconoscimento dell'AUG: il complesso 43S scansiona l'mRNA finchè incontra la SEQUENZA di KOZAK, CODONE di INIZIO (AUG) che si lega alla subunità 40S
1) formazione del complesso 43S: contiene la subunità minore del ribosoma (40S), eIF1A, eIF2 + GTP con legato tRNAMet di inizio
4) formazione del complesso 80S: il tRNAMet di inizio accoppia basi CODONE e ANTICODONE, attaccando la subunità maggiore al complesso 43S formando il complesso 80S
prevede la presenza di:
svariati FATTORI DI INIZIO
tRNA iniziatore: METIONINA
subunità 40S / 60S
FONTE di ENRRGIA: GTP
FASE DI ALLUNGAMENTO:
1)l'idrolisi del GTP da parte di EF1alfa provoca un cambiamento conformazionale che favorisce lo spostamento in avanti del RIBOSOMA
2) formazione del LEGAME PETIDICO
prevede la presenza di:
FONTE di ENERGIA: GTP
FATTORI di ALLUNGAMENTO SPECIFICI (eEF1A, eEF1B, eEF2)
3) TRASLOCAZIONE del ribosoma mediata dalla fosforilazione del complesso EF2-GTP in EF2-GDP + P
2 SEQUENZE SEGNALE da cui inizia la traduzione:
SEQUENZA KOZAK:
posizionata circa 100 NUCLEOTIDI dal CAP
5'-GCCAUGG-3'
SEQUENZA IRES:
per gli mRNA PRIVI di CAP e sequenza KOZAK
FASE DI TERMINAZIONE:
1) eRF3 lega eRF1 e inuce l'idrolisi del GTP
2) la PEPTIDILTRASFERASI aggiunge acqua invece che un amminoacido
prevede la presenza di:
FONTE di ENERGIA: GTP e ATP
FATTORI di TERMINAZIONE SPECIFICI (eRF1, eRF3, ABCE1)
3) ABCE1 idrolizza ATP e promuove la dissociazione delle due subunità ribosomiali
la traduzione simultanea da parte di RIBOSOMI MULTIPLI e il loro rapido ricambio, aumenta l'efficienza della sintesi proteica
inizia quando si verifica l'unione tra la SUBUNITA' MINORE del RIBOSOMA all'mRNA e vi scorre fino a che non trova una SEQUENZA SEGNALE
CARATTERISTICHE PRINCIPALI:
direzione di sintesi della PROTEINA da N-terminale a C-terminale
AUG: CODONE di INIZIO, primo codone che traduce solitamente per Met, tutte le proteine vengono sintetizzate con METONINA durante la sintesi
direzione di traduzione dell'mRNA 5'-3'
più RIBOSOMI si legano all'mRNA ed aumentano l'efficienza di traduzione formando il POLIRIBOSOMA, presente sia in eucarioti che procarioti
utilizza ATP e GTP: dona ENERGIA attraverso rottura di legame. FASE ATP-dipendente e una FASE GTP-dipendente (inizio, allungamento e termine)
MECCANISMO di PROOFREADING: dipende dalla presenza dei FATTORI di allungamento, EF-Tu ed EF-G nei procarioti, EF1 e EF2 negli eucarioti, controllano l'appaiamento tRNA-aa e la correttezza dell'appaiamento CODONE-ANTICODONE
ERRORI DI TRADUZIONE:
ne avviene 1 su 10.000 e possono portare ad avere:
una riduzione dei livelli di PROTEINE FUNZIONALI e un aumento di MOLECOLE DELETERIE
rare malattie genetiche che sono causate da MUTAZIONI
DIFETTI NEI FATTORI DI INIZIO TRADUZIONE
DIFETTI in tRNA o AMMINOACIL-tRNA SINTETASI
RIBOSOMOPATIE
le cause delle MALATTIE DA PRIONI, come l'encefalopatia spongiforme bovina, sono da ricercarsi in un ERRORE DI RIPIEGAMENTO della proteina
PRIONI:
generano malattie PROGRESSIVE, INCURABILI e FATALI
responsabili dell'ALZHEIMER, HUNTINGTON, PARKINSON
piccole proteine codificate dal GENE PrP ed espresse nel cervello e quando assumono una struttura alterata possono creare AGGREGATI PROTEICI PRIONICI PATOLOGICI
l'alterazione di PrPc in PrPsc porta allo sviluppo di questi accumuli, che portano a una degenerazione neuronale e alla morte celebrale, poichè la proteina PrPsc sfugge alla DEGRADAZIONE
MATURAZIONE delle PROTEINE:
DEGRADAZIONE:
molte proteine citosoliche vengono degradate dal SISTEMA UBIQUITINA PROTEASOMA:
presiede, con un processo ATP-dipendente, a qualsiasi PROTEOLISI non LISOSOMALE
PROTEASOMA:
degrada le proteine marcate da una CATENA di POLIUBIQUITINA
utilizza un meccanismo processivo; tiene legato il SUBSTRATO fino a degradarlo
rappresentano l'1% di tutte le proteine cellulari
la degradazione di particolari proteine è un meccanismo essenziale attraverso il quale vengono regolati i PROCESSI CELLULARI
elimina i prodotti mal ripiegati prodotti dal MISFOLDING
PROTEASOMA EUCARIOTICO:
formato da due componenti principali:
CORE PARTICLE (CP, 20S)
struttura a CILINDRO TETRASTRATIFICATA con alfa-anelli (esterni, 7 subunità ciascuno) che regolano l'accesso alle proteine e beta-anelli (interni, 7 subunità ciascuno) che contribuiscono all'attività proteasiche
REGULATORY PARTICLE (RP, 19S)
è attaccato all'estremità del cilindro 20S
è formato da 2 parti:
COPERCHIO: riconosce e rimuove la catena di UBIQUITINA
BASE: contiene 6 ATPasi che disgregano la proteina target
degradazione di PROTEINE TARGET in PEPTIDI di 3-25 aa
UBIQUITINA:
piccola proteina di 76 aa che viene legata covalentemente, ma reversibilmente, ad altre proteine tramite un LEGAME ISOPEPTIDASICO
segnale che indica che una proteina è mal ripiegata
forma diversi legami: monoubiquitinazione (regolazione degli istoni), multiubiquitinazione (endocitosi), poliubiquitinazione (o degradazione per mezzo del proteasoma o riparazione del DNA)
MECCANISMO di CONGIUNZIONE dell'UBIQUITINA:
il C-terminale di ciascuna UB è legato al gruppo epsilon-amminico di un residuo di Lys dell'UB adiacente
più ubiquitine vengono aggiunte per formare una catena di ubiquitine
processo ATP-dipendente
una catena con 40 o + UB indirizza le proteine verso la degradazione nei PROTEASOMI
UB + PROTEINA MISFOLDED: PROTEINA TARGET
RIPIEGAMENTO PROTEICO:
la mancata eliminazione delle proteine non correttamente ripiegate genera un accumulo di aggregati insolubili che devono essere degradati
è importantissimo per il CORRETTO FUNZIONAMENTO delle PROTEINE ed inizia prima della fine della loro sintesi