La traduzione dell’mRNA (o sintesi proteica)

Alt. Ci tengo a precisare una cosa.

Prima di iniziare assicurati di:

  • aver capito bene la differenza tra DNA e RNA (per non fare confusione)
  • aver studiato e capito bene il processo della trascrizione (fondamentale per capire la traduzione)

Una delle proprietà fondamentali del DNA è quella di contenere tutte le informazioni necessarie per la sintesi delle proteine. Dobbiamo immaginare questo elaborato processo come una di catena di montaggio, dove ogni parte ha un incarico preciso e dove ogni meccanismo si connette perfettamente a quello successivo.

Parole d’ordine: precisione, tempismo, efficienza. No agli errori (o meglio, a volte capitano, ma la cellula mette in atto ogni mezzo a sua disposizione per evitarli e per correggerli, non sempre ci riesce, ma il suo impegno nel cercare di rendere questo meccanismo perfetto è davvero notevole).

Non hai ancora capito bene come funziona la replicazione e la trascrizione del DNA? Abbiamo scritto due dispense a riguardo, non preoccuparti:

Bene, iniziamo.

La traduzione è quel processo mediante il quale l’mRNA (ottenuto dal DNA durante la trascrizione) viene espresso in proteine. Avviene nei ribosomi e le principali molecole che intervengono in questo processo sono: mRNA, tRNA, enzimi, fattori, amminoacidi e ATP.

Andiamo, prima di descrivere il processo, a vedere le funzioni e le caratteristiche principali di questi “personaggi”. (come si può imparare a fare una torta senza conoscere prima gli ingredienti? Si rischia di mettere tutto insieme, senza prestare attenzione alle caratteristiche che rendono “migliore” (nel nostro caso, più comprensibile) il risultato).

L’mRNA

E’ un filamento di ribonucleotidi che ha la funzione di trasportare l’informazione genetica dal DNA nucleare al citoplasma, per poi, nei ribosomi, dare inizio al processo di traduzione e sintetizzare così nuove catene polipeptidiche. L’mRNA viene prodotto durante la trascrizione (se non ricordi bene il processo ti consiglio di ripassarlo, è fondamentale per avere una visione completa di questo argomento conoscere tutti i passaggi che avvengono prima).

Il tRNA

Il tRNA svolge una funzione importantissima, in quanto è proprio lui che collega e mette in relazione l’informazione contenuta nei codoni (3 nucleotidi)  dell’mRNA con gli amminoacidi delle proteine. Il tRNA deve quindi leggere perfettamente i codoni e fornire gli amminoacidi che corrispondono a quelle particolari lettere. Le funzioni del tRNA possono essere così schematizzate:

  1. si carica di un amminoacido
  2. si associa alle molecole di mRNA
  3. interagisce con i ribosomi

Anche la sua struttura, quindi, sarà in rapporto con tutte queste funzioni. Per ogni amminoacido (circa 20 nelle proteine) c’è almeno un tipo specifico di tRNA. Verso la metà della sequenza del tRNA si trova l’anticodone: tre basi, che costituiscono il sito di appaiamento tra basi complementari con l’mRNA (attraverso legami a idrogeno). Ogni tRNA contiene un particolare anticodone, che corrisponde al proprio amminoacido. All’estremità 3′ di ogni molecola di tRNA invece si trova il sito di attacco.

C’è una famiglia di enzimi (importantissima!) che permette il caricamento di ogni tRNA con il proprio amminoacido: gli amminoacil-tRNA-sintetasi (ogni enzima è specifico per un solo amminoacido e per il suo tRNA corrispondente).

Gli amminoacidi

Gli amminoacidi sono i costituenti di una proteina, come le perle di una collana. Nelle proteine si trovano circa 20 amminoacidi comuni, tutti simili per struttura e abbreviati con tre lettere. In una catena polipeptidica sono legati tramite legami peptidici e sono molecole polari (gruppo amminico libero a un’estremità e gruppo carbossilico libero all’altra).

I fattori

I fattori sono molecole proteiche che aiutano durante il processo di traduzione. I fattori d’inizio sono tre proteine che, insieme alla subunità minore del ribosoma e al tRNA iniziatore con il suo amminoacido, formano un complesso di inizio che riconosce il cappuccio (estremità 5′) dell’mRNA.

Esistono anche dei fattori detti “di allungamento”, che semplicemente intervengono nel processo, come dice il loro nome, di allungamento della catena. I fattori di rilascio, invece, si legano ai codoni di stop sull’mRNA, determinando la terminazione della sintesi proteica.

Gli enzimi

Brevemente, gli enzimi sono molecole proteiche che velocizzano una reazione, rendendone i tempi compatibili con quelli della vita (alcune reazioni, senza l’intervento degli enzimi, avverrebbero in tempi molto molto lunghi). Sono fondamentali praticamente in ogni processo biologico che avviene nel nostro organismo e ce ne sono davvero tantissimi! Per quanto riguarda la traduzione, possiamo nominare i più importanti: gli amminoacil-tRNA-sintetasi (permettono il caricamento di ogni tRNA con il corrispondente amminoacido).

L’ATP

E’ un ribonucleotide trifosfato formato da una base azotata (adenina), dal ribosio (zucchero a cinque atomi di carbonio) e da tre gruppi fosfato. E’ un composto ad alta energia, immagazzinata proprio in questi legami, viene usata dalle cellule come “moneta” energetica.

Ora che conosciamo i personaggi della storia andiamo a vedere cosa succede e come interagiscono tra di loro. Ci sei?

La traduzione dell’mRNA

Dividiamo subito tutto in fasi, così sarà più semplice memorizzare (la mente adora gli elenchi numerati!).

  1. Caricamento del tRNA: i tRNA si legano agli amminoacidi. Ogni tRNA è specifico per un amminoacido. All’origine di questi legami, come accennato prima, ci sono gli amminoacil-tRNA-sintetasi (enzimi). Ogni cellula ne possiede circa 20, uno per ciascun amminoacido utilizzato nelle proteine.L’enzima identifica l’amminoacido appropriato in base a differenze di dimensioni, carica e gruppo R, mentre il riconoscimento dei tRNA avviene grazie alle loro diverse sequenze nucleotidiche. Il processo di caricamento richiede energia, fornita dall’ATP. Gli errori in questa fase sono molto rari: si verificano solo in 1 su 10000 fino a 1 su 100000 reazioni. Questa precisione è attribuibile all’attività di correzione che individua e rimuove gli appaiamenti errati (incredibile, vero?).
  2. Inizio: in questo stadio si trovano insieme tutti i componenti necessari alla sintesi proteica: l’mRNA, le subunità maggiore e minore del ribosoma, i fattori di inizio, il tRNA iniziatore e la guanosina trifosfato (GTP), che parteciperà alla formazione del complesso di inizio.La successione degli eventi è questa: l’mRNA si lega alla subunità minore del ribosoma, successivamente il tRNA iniziatore si lega all’mRNA grazie all’appaiamento tra le basi del codone (sull’mRNA) e quelle dell’anticodone (sul tRNA) e, come ultimo passaggio, la subunità maggiore del ribosoma si unisce al complesso di inizio.
  3. Allungamento: in questa fase gli amminoacidi vengono uniti per formare una catena polipeptidica. Un ribosoma ha tre siti che possono essere occupati dal tRNA: sito amminoacilico (A), sito peptidilico (P), sito di uscita (E). Il tRNA iniziatore occupa subito il sito P, mentre in seguito tutti gli altri tRNA occuperanno inizialmente il sito A.
    Le subunità ribosomiali e i tRNA. Fonte: biopills.net

    L’allungamento avviene in tre passaggi: nel primo un tRNA carico occupa il sito A, grazie a fattori di allungamento e alla GTP, formando insieme a loro un complesso. Successivamente l’anticodone sul tRNA si appaia con il codone sull’mRNA.A questo punto si formerà il legame peptidico tra gli amminoacidi attaccati al tRNA nei siti P e A. La formazione di questo legame (che avviene nella subunità maggiore del ribosoma) peptidico libera l’amminoacido dal suo tRNA nel sito P.
    Ultimo passaggio è la traslocazione, ovvero il movimento del ribosoma lungo l’mRNA durante la traduzione in direzione 5′ → 3′.

    Questo passaggio posiziona il ribosoma sul codone successivo, per continuare il processo. Il ribosoma si sposta in modo tale che il tRNA, che in precedenza occupava il sito P, ora passa a occupare il sito E, dal quale entra nel citoplasma, dove può essere ricaricato con un altro amminoacido. Con la traslocazione anche il tRNA che occupava il sito A viene ora a trovarsi nel sito P, lasciando libero il sito A. (che potrà così ricevere un altro tRNA).

    L’avanzamento di ogni tRNA attraverso il ribosoma può essere così schematizzato: citoplasma → sito A → sito P → sito E → citoplasma (ad eccezione del tRNA iniziatore, che si attacca direttamente al sito P e non transita mai in A). Il ciclo di allungamento si ripete.

    Immagine molto esplicativa sul processo di terminazione. Fonte: studentidibiologia.it
  4. Terminazione e rilascio del polipeptide: la sintesi proteica termina quando il ribosoma raggiuge il codone di stop. Poichè non esistono tRNA con anticodoni complementari ai codoni di stop, quando il ribosoma si imbatte in un codone di stop, nessun tRNA può entrare nel suo sito A. Si legano al ribosoma delle proteine, chiamate fattori di rilascio e questi legami promuovono il distacco del tRNA situato nel sito P dalla catena polipeptidica e il rilascio del polipeptide.

Giada Freccero, tutor Pro-Med team Genova

A presto,

Pro-Med Family

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