Biologia 39 – Traduzione 1
Biologia 39 – Traduzione
In questa fase, l’informazione portata dall’mRNA viene tradotta dai ribosomi.
Il processo si svolge in 5 tappe: attivazione dei tRNA (già trattata in Biologia 35), inizio, allungamento, termine e rilascio, modifiche post-traduzionali.
Inizio (Initiation Factors IF)
1. Il tRNA di inizio (tRNAiMet)1, assieme all’IF2 (legato ad un GTP) e alla IF5B (anch’esso legato ad un GTP) si lega alla subunità 40S del ribosoma. Quest’ultimo si era già legato all’IF3 (che ne impedisce l’accoppiamento con la sub-unità maggiore) e all’IF2
(che servirà per legare la sub-unità minore all’mRNA).
L’insieme IF3-IF1-ribosoma40S + IF5B-IF2- tRNAiMet
forma il complesso di pre-inizio.
2. Nel frattempo, e indipendentemente, l’mRNA si lega all’IF4, un fattore di inizio formato da diverse subunità, di cui una, l’IF4E (cap binding protein= proteina che lega il cap) si lega e riconosce il cappuccio dell’mRNA, mentre l’altra, la IF4A, riconosce la coda poli-A.
Il ruolo dell’IF4 è quello di verificare che entrambe le estremità dell’mRNA siano presenti ed intatte e, quindi, che l’mRNA sia idoneo.
In seguito, l’IF4-mRNA si unisce al complesso di pre-inizio e forma il complesso di inizio.
3. A questo punto inizia un processo di scansione. In questa fase, il complesso di inizio, partendo dall’estremità 5’
dell’mRNA, scorre lungo il filamento fino ad arrivare alla tripletta AUG, che rappresenta il segnale di inizio traduzione.
Il codone di inizio AUG è contenuto all’interno di una breve sequenza nucleotidica, detta sequenza di Kozak che viene riconosciuta dal complesso di inizio (e che corrisponde alla sequenza pre-inizio di Shine-Dalgarno dei procarioti).
4. A questo punto, la subunità maggiore (60S) del ribosoma si libera dell’IF6 che lo teneva bloccato e gli impediva di legarsi alla subunità minore e si va ad unire alla subunità 40S, la quale, nel contempo, si libera di tutti i fattori di inizio (compreso l’IF1 che gli impediva di aggregarsi alla 60S).
Allungamento (Elongation Factors EF)
5. Dopo l’unione delle due sub-unità ribosomiali, un secondo tRNA (quello con l'anticodone corrispondente al codone successivo a quello di inizio AUG) si lega al sito A, assieme all’EF1-GPT (elongation factor +GTP = fattore di allungamento unito ad un GTP).
EF1 unisce il tRNA al sito A e all’mRNA (sfruttando il GTP in suo possesso) ed effettua un controllo di qualità della corrispondenza codone-anticodone. Una volta riconosciuto il corretto appaiamento, l’EF1 si stacca dal tRNA.
6. A questo punto, sul ribosoma ci sono due tRNA adiacenti (uno sul sito A e l’altro sul sito P) uniti ciascuno al proprio codone sull'mRNA. Tra i due aminoacidi contigui si forma un legame peptidico.
A realizzare il legame è l’rRNA28S.
Biologia 39 – Traduzione 2 L’energia necessaria per effettuare il legame peptidico è fornita dall’aminoacido attivato (a sua volta ricevuta al momento dell’attivazione da parte dell’aminoacil tRNA-sintetetasi). In seguito al legame peptidico, la metionina si trasferisce dal sito (P) del primo tRNA a quello (A) del secondo tRNA.
7. Il ribosoma avanza di una tripletta sull’mRNA. Nel fare ciò, sposta il primo tRNA nel sito E ed il secondo nel sito P, liberando, quindi, il sito A.
Il fenomeno dell’allungamento è consentito da un altro fattore di allungamento (EF2-GTP ) e l’energia necessaria è fornita dall’idrolisi del secondo GTP in GDP.
8. Un terzo tRNA unito all’EF1-GTP si porta nel sito A… si forma il legame peptidico tra il nuovo aminoacido ed il secondo … il ribosoma avanza di una tripletta … e il primo tRNA (che era collocato nel sito E) viene espulso dal ribosoma e va nel citosol mentre, il terzo tRNA passa dal sito P quello E
… ed un nuovo tRNA-EF1-GTT approda nel sito A. L’intero processo prosegue fino a quando non è stata completata la lettura dell’mRNA.
Termine e rilascio (Releasing Factors RF)
La sintesi si arresta quando uno o più segnali consecutivi di stop (UGA, UAG, UAA) compaiono nel sito A. A questo punto subentra un fattore di rilascio (releasing factor) che ha affinità con i segnali di stop e che stacca la catena peptidica dal ribosoma. Il releasing factor non è altro che un tRNA che non lega alcun aminoacido e che induce l’rRNA28S (attraverso la la sua attività aminoacil-transferasi) a legare una molecola di acqua sul gruppo carbossilico dell’ultimo aminoacido della catena proteica.
Il primo aminoacido (metionina) incorporato nella catena proteica non compare nella proteina finale perché esso viene asportato da un enzima subito dopo l’inizio della sintesi proteica.
Dopo il distacco dell’mRNA, il ribosoma si dissocia nelle sue due unità costituenti (40S e 60S).
Una stessa molecola di mRNA viene solitamente letta da più ribosomi contemporaneamente, con conseguente produzione in serie di più catene proteiche.
Il complesso mRNA e ribosomi si chiama polisoma.
Modifiche post-traduzionali
Dopo essere state sintetizzate, le proteine devono subire delle modifiche per diventare proteine mature in grado di svolgere le proprie funzioni.
Le modifiche post-traduzionali possono essere:
Chimiche… avvengono nel RER. Le modifiche più importanti sono la N-glicosilazione, l’aggiunta di lipidi, la formazione di ponti disolfuro, la fosforilazione e il taglio proteico. Quest’ultimo è importante per rendere attive molte proteine. Infatti, di solito le proteine vengono prodotte in una forma inattiva.
Un esempio di questo tipo è l’insulina che viene prodotta come pro-insulina e, poi, in seguito due successivi tagli proteolitici, si trasforma in insulina attiva.
Conformazionali ( folding). Il processo di ripiegamento delle proteine porta alla formazione di strutture tridimensionali. Il ripiegamento può avvenire sia contemporaneamente alla traduzione (della sintesi proteica) che alla fine di questa.
Oltre ai processi di folding che avvengono nel RER, il ripiegamento è garantito anche da altre due classi di enzimi
Foldasi, che comprendono essenzialmente due gruppi
Disolfuro-isomerasi (che crea i ponti disolfuro)
Peptidil prolil-isomerasi (che converte tutti i legami della prolina cis in trans).
Chaperon (o chaperones o Heat Schock Proteins - HSP), che furono, in origine, descritte come proteine da shock termico (vedi esperimento della Drosofila e Hsp70).
In realtà, vengono prodotte non solo in risposta a shock termico ma anche a causa di:
Altri fattori ambientali (presenza di metalli pesanti, chemioterapici)
Stati patologici (infezioni, febbre, neoplasie)
Fattori cellulari (per es. fattori di crescita).
Tutti i chaperon hanno una struttura in comune, caratterizzata da:
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Una sequenza N-terminale di 450 aminoacidi, detta dominio ATPasico (col quale legano l’ATP che serve a fornire l’energia necessaria per ripiegare le proteine)
Una sequenza C-terminale di 200 aminoacidi, detta dominio di riconoscimento (col quale riconoscono e si legano alla proteina da ripiegare).
I chaperon si legano ai siti idrofobi delle proteine per evitare che questi, per sfuggire all’acqua, si aggreghino tra loro o con siti idrofobi di altre proteine (provocando, in entrambi i casi, un non corretto ripiegamento della proteina).
Ci sono due tipi di chaperon molecolari:
Chaperoni veri e propri (di piccole dimensioni – 200 KDa): si legano alla catena proteica non appena questa esce dal ribosoma. Le principali classi di chaperoni sono la Hsp70 e le Hsp90 (Heat schock proteins … 70 e 90 sta ad indicare il peso molecolare) e la calnexina. Gli chaperoni molecolari possono agire sia nel RER che nel citoplasma.
Chaperonine (di grandi dimensioni 800 KDa), che si legano a proteine già completamente formate ma che hanno perso la propria struttura tridimensionale a causa di agenti denaturanti.
Bilancio energetico
La sintesi proteica consuma molta più energia di qualunque altro processo di sintesi (glucidica, lipidica, etc).
Per un singolo amminoacido:
2 legami fosfato (ATP) per unire l’aminoacido al tRNA (da parte dell’aminoacil tRNA sintetasi);
1 legame fosfato (GTP) per legare il tRNA al ribosoma e all’mRNA (da parte dell’ EF1-GPT);
1 legame fosfato (GTP) per far scorrere il ribosoma sull’mRNA (da parte dell’ EF2-GPT);
Per ciascuna proteina
Energia per costituire il complesso di inizio,
Energia per la fase per la fase di terminazione,
Energia spesa per i tRNA non corretti legati dall’aminoacil tRNA sintetasi,
Energia spesa per l’uscita dei tRNA non corretti dal ribosoma durante la fase di allungamento.
