Il sintesi proteica è un evento biologico che si verifica praticamente in tutti gli esseri viventi. Le cellule raccolgono costantemente le informazioni immagazzinate nel DNA e, grazie alla presenza di macchinari specializzati altamente complessi, le trasformano in molecole proteiche.
Tuttavia, il codice di 4 lettere crittografato nel DNA non viene tradotto direttamente in proteine. Una molecola di RNA che funge da intermediario, chiamata RNA messaggero, è coinvolta nel processo..
Quando le cellule hanno bisogno di una particolare proteina, la sequenza nucleotidica di una porzione adatta del DNA viene copiata nell'RNA - in un processo chiamato trascrizione - e questo a sua volta viene tradotto nella proteina in questione..
Il flusso di informazioni descritto (dal DNA all'RNA messaggero e dall'RNA messaggio alle proteine) avviene da esseri molto semplici come i batteri agli esseri umani. Questa serie di passaggi è stata chiamata il "dogma" centrale della biologia..
I meccanismi responsabili della sintesi proteica sono i ribosomi. Queste piccole strutture cellulari si trovano in larga misura nel citoplasma e ancorate al reticolo endoplasmatico..
Indice articolo
Le proteine sono macromolecole costituite da amminoacidi. Questi costituiscono quasi l'80% del protoplasma di un'intera cellula disidratata. Tutte le proteine che compongono un organismo sono chiamate "proteoma".
Le sue funzioni sono molteplici e varie, dai ruoli strutturali (collagene) al trasporto (emoglobina), catalizzatori di reazioni biochimiche (enzimi), difesa contro i patogeni (anticorpi), tra gli altri..
Esistono 20 tipi di aminoacidi presenti in natura che si combinano attraverso legami peptidici per formare proteine. Ogni amminoacido è caratterizzato dall'avere un particolare gruppo che gli conferisce particolari proprietà chimiche e fisiche.
Il modo in cui la cellula riesce a interpretare il messaggio del DNA avviene attraverso due eventi fondamentali: la trascrizione e la traduzione. Molte copie di RNA, che sono state copiate dallo stesso gene, sono in grado di sintetizzare un numero significativo di molecole proteiche identiche.
Ogni gene viene trascritto e tradotto in modo differenziale, consentendo alla cellula di produrre quantità variabili di un'ampia varietà di proteine. Questo processo coinvolge vari percorsi di regolazione cellulare, che generalmente includono il controllo della produzione di RNA..
Il primo passo che la cellula deve compiere per iniziare la produzione di proteine è leggere il messaggio scritto sulla molecola di DNA. Questa molecola è universale e contiene tutte le informazioni necessarie per la costruzione e lo sviluppo degli esseri organici..
Successivamente descriveremo come avviene la sintesi proteica, iniziando il processo di “lettura” del materiale genetico e terminando con la produzione di proteine. di per sé.
Il messaggio nella doppia elica del DNA è scritto in un codice di quattro lettere corrispondente alle basi adenina (A), guanina (G), citosina (C) e timina (T).
Questa sequenza di lettere di DNA serve come modello per costruire una molecola di RNA equivalente.
Sia il DNA che l'RNA sono polimeri lineari costituiti da nucleotidi. Tuttavia, differiscono chimicamente in due aspetti fondamentali: i nucleotidi nell'RNA sono ribonucleotidi e invece della timina di base, l'RNA ha l'uracile (U), che si accoppia con l'adenina..
Il processo di trascrizione inizia con l'apertura della doppia elica in una regione specifica. Uno dei due filamenti funge da "modello" o modello per la sintesi dell'RNA. I nucleotidi verranno aggiunti seguendo le regole di accoppiamento di base, C con G e A con U.
Il principale enzima coinvolto nella trascrizione è l'RNA polimerasi. Ha il compito di catalizzare la formazione dei legami fosfodiestere che uniscono i nucleotidi della catena. La catena si estende in una direzione da 5 'a 3'.
La crescita della molecola coinvolge diverse proteine note come "fattori di allungamento" che sono responsabili del mantenimento del legame della polimerasi fino alla fine del processo..
Il giunzione è un evento fondamentale che consiste nell'eliminazione degli introni della molecola messaggera, per lanciare una molecola costruita esclusivamente da esoni. Il prodotto finale è l'RNA messaggero maturo. Fisicamente, avviene nello speziaosoma, un macchinario complesso e dinamico.
Oltre allo splicing, l'RNA messaggero subisce ulteriori codifiche prima di essere tradotto. Viene aggiunto un "cappuccio" la cui natura chimica è un nucleotide di guanina modificato, e all'estremità 5 'e una coda di varie adenine all'altra estremità.
Nella cellula vengono prodotti vari tipi di RNA. Alcuni geni nella cellula producono una molecola di RNA messaggero che si traduce in proteine, come vedremo più avanti. Tuttavia, ci sono geni il cui prodotto finale è la stessa molecola di RNA..
Ad esempio, nel genoma del lievito, circa il 10% dei geni del lievito ha molecole di RNA come prodotto finale. È importante menzionarli, poiché queste molecole svolgono un ruolo fondamentale quando si tratta di sintesi proteica.
- RNA ribosomiale: L'RNA ribosomiale fa parte del cuore dei ribosomi, strutture chiave per la sintesi proteica.
- Trasferimento RNA: funziona come un adattatore che seleziona un amminoacido specifico e, insieme al ribosoma, incorpora il residuo dell'amminoacido nella proteina. Ogni amminoacido è correlato a una molecola di RNA di trasferimento.
Negli eucarioti esistono tre tipi di polimerasi che, sebbene strutturalmente molto simili tra loro, svolgono ruoli differenti.
La RNA polimerasi I e III trascrive i geni che codificano per trasferire RNA, RNA ribosomiale e alcuni piccoli RNA. La RNA polimerasi II mira alla traduzione dei geni che codificano le proteine.
- Piccoli RNA legati alla regolazione: oGli RNA di breve durata partecipano alla regolazione dell'espressione genica. Questi includono microRNA e piccoli RNA interferenti..
I microRNA regolano l'espressione bloccando un messaggio specifico e quelli piccoli che interferiscono ne interrompono l'espressione attraverso la degradazione diretta del messaggero. Allo stesso modo, ci sono piccoli RNA nucleari che partecipano al processo di giunzione RNA messaggero.
Una volta che l'RNA messaggero matura attraverso il processo di giunzione Mentre viaggia dal nucleo al citoplasma cellulare, inizia la sintesi proteica. Questa esportazione è mediata dal complesso dei pori nucleari, una serie di canali acquosi situati nella membrana del nucleo che collegano direttamente il citoplasma e il nucleoplasma..
Nella vita di tutti i giorni, usiamo il termine "traduzione" per riferirci alla conversione di parole da una lingua all'altra..
Ad esempio, possiamo tradurre un libro dall'inglese allo spagnolo. A livello molecolare, la traduzione implica il passaggio dalla lingua all'RNA alla proteina. Per essere più precisi, è il passaggio dai nucleotidi agli amminoacidi. Ma come avviene questo cambiamento di dialetto?
La sequenza nucleotidica di un gene può essere trasformata in proteine seguendo le regole stabilite dal codice genetico. Questo è stato decifrato nei primi anni '60.
Come il lettore potrà dedurre, la traduzione non può essere una o una, poiché ci sono solo 4 nucleotidi e 20 amminoacidi. La logica è la seguente: l'unione di tre nucleotidi è detta "tripletta" e sono associati ad un particolare amminoacido.
Poiché ci possono essere 64 possibili terzine (4 x 4 x 4 = 64), il codice genetico è ridondante. Cioè, lo stesso amminoacido è codificato da più di una tripletta..
La presenza del codice genetico è universale ed è utilizzata da tutti gli organismi viventi che abitano oggi la terra. Questo vasto uso è una delle omologie molecolari più sorprendenti della natura..
I codoni o le triplette che si trovano nella molecola di RNA messaggero non hanno la capacità di riconoscere direttamente gli amminoacidi. Al contrario, la traduzione dell'RNA messaggero dipende da una molecola in grado di riconoscere e legare il codone e l'amminoacido. Questa molecola è l'RNA di trasferimento.
L'RNA di trasferimento può piegarsi in una complessa struttura tridimensionale che assomiglia a un trifoglio. In questa molecola c'è una regione chiamata "anticodon", formata da tre nucleotidi consecutivi che si accoppiano con i nucleotidi complementari consecutivi della catena dell'RNA messaggero..
Come accennato nella sezione precedente, il codice genetico è ridondante, quindi alcuni amminoacidi hanno più di un RNA di trasferimento.
Il rilevamento e la fusione dell'amminoacido corretto nell'RNA di trasferimento è un processo mediato da un enzima chiamato aminoacil-tRNA sintetasi. Questo enzima è responsabile dell'accoppiamento di entrambe le molecole attraverso un legame covalente.
Per formare una proteina, gli amminoacidi sono collegati tra loro tramite legami peptidici. Il processo di lettura dell'RNA messaggero e il legame di amminoacidi specifici avviene nei ribosomi.
I ribosomi sono complessi catalitici costituiti da più di 50 molecole proteiche e vari tipi di RNA ribosomiale. Negli organismi eucarioti, una cellula media contiene in media milioni di ribosomi nell'ambiente citoplasmatico.
Strutturalmente, un ribosoma è costituito da una subunità grande e da una piccola. Il ruolo della piccola porzione è di garantire che l'RNA di trasferimento sia correttamente accoppiato con l'RNA messaggero, mentre la subunità grande catalizza la formazione del legame peptidico tra gli amminoacidi..
Quando il processo di sintesi non è attivo, le due subunità che compongono i ribosomi vengono separate. All'inizio della sintesi, l'RNA messaggero si unisce a entrambe le subunità, di solito verso l'estremità 5 '.
In questo processo, l'allungamento della catena polipeptidica avviene mediante l'aggiunta di un nuovo residuo amminoacidico nelle seguenti fasi: legame dell'RNA di trasferimento, formazione del legame peptidico, traslocazione delle subunità. Il risultato di questo ultimo passaggio è il movimento dell'intero ribosoma e inizia un nuovo ciclo..
Nei ribosomi si distinguono tre siti: sito E, P e A (vedi immagine principale). Il processo di allungamento inizia quando alcuni amminoacidi sono già stati legati in modo covalente e c'è una molecola di RNA di trasferimento nel sito P..
L'RNA di trasferimento avente il successivo amminoacido da incorporare si lega al sito A mediante accoppiamento di basi con l'RNA messaggero. La porzione terminale carbossilica del peptide viene quindi rilasciata dall'RNA di trasferimento nel sito P, rompendo un legame ad alta energia tra l'RNA di trasferimento e l'amminoacido che trasporta..
L'amminoacido libero è attaccato alla catena e si forma un nuovo legame peptidico. La reazione centrale in questo intero processo è mediata dall'enzima peptidil transferasi, che si trova nella grande subunità dei ribosomi. Pertanto, il ribosoma viaggia attraverso l'RNA messaggero, traducendo il dialetto dagli amminoacidi alle proteine..
Come nella trascrizione, anche i fattori di allungamento sono coinvolti durante la traduzione delle proteine. Questi elementi aumentano la velocità e l'efficienza del processo.
Il processo di traduzione termina quando il ribosoma incontra i codoni di stop: UAA, UAG o UGA. Questi non sono riconosciuti da alcun RNA di trasferimento e non legano alcun amminoacido.
In questo momento, le proteine note come fattori di rilascio si legano al ribosoma e provocano la catalisi di una molecola d'acqua e non di un amminoacido. Questa reazione rilascia l'estremità carbossilica terminale. Infine, la catena peptidica viene rilasciata nel citoplasma cellulare..
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