La sintesi proteica è un processo biologico essenziale che permette di tradurre l’RNA messaggero (mRNA) in catene polipeptidiche (proteine). Durante la traduzione, l’informazione genetica passa dall’RNA alle proteine. Parole d’ordine: precisione, tempismo, efficienza. No agli errori.
Cos'è la Sintesi Proteica?
Una delle proprietà fondamentali del DNA è quella di contenere tutte le informazioni necessarie per la sintesi delle proteine. Poiché il DNA è racchiuso nel nucleo, è necessario un mediatore tra il nucleo e il citoplasma, dove vengono sintetizzate le proteine. La traduzione è quel processo mediante il quale l’mRNA (ottenuto dal DNA durante la trascrizione) viene espresso in proteine.
I Componenti Chiave della Sintesi Proteica
Per comprendere appieno questo processo, è fondamentale conoscere i suoi componenti principali:
- mRNA (RNA messaggero): È 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.
- tRNA (RNA transfer): 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. 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.
- 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.
- Fattori: I fattori sono molecole proteiche che aiutano durante il processo di traduzione. Esistono anche dei fattori detti “di allungamento”, che semplicemente intervengono nel processo, come dice il loro nome, di allungamento della catena.
- Enzimi: Gli enzimi sono molecole proteiche che velocizzano una reazione, rendendone i tempi compatibili con quelli della vita. Sono fondamentali praticamente in ogni processo biologico che avviene nel nostro organismo e ce ne sono davvero tantissimi!
E’ un ribonucleotide trifosfato formato da una base azotata (adenina), dal ribosio (zucchero a cinque atomi di carbonio) e da tre gruppi fosfato.
Le Fasi della Sintesi Proteica
Ora che conosciamo i personaggi della storia andiamo a vedere cosa succede e come interagiscono tra di loro. Dividiamo subito tutto in fasi, così sarà più semplice memorizzare.
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- 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.
- Inizio: All’inizio di questa fase la doppia catena del DNA si apre per una lunghezza di circa 1000 nucleotidi da un punto detto “inizio” a un punto detto di “termine” o “terminazione”. Successivamente un enzima detto RNA polimerasi porta in corrispondenza ai nucleotidi di una delle due catene di DNA, i nucleotidi complementari e li lega insieme, (A si lega con T e C con G). Il filamento di RNA è composto anch’esso da nucleotidi. Il mRNA scorre tra le due parti del ribosomi, la passare dei nucleotidi i tRNA portano i singoli amminoacidi ai ribosomi; il primo amminoacido è sempre la metionina. L’mRNA si lega alla subunità minore del ribosoma, seguito dal tRNA iniziatore, e infine la subunità maggiore si unisce formando il complesso di inizio.
- 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). 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. 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. 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 mRNA continua a scorrere e in corrispondenza di ogni tripletta (gruppo di tre nucleotidi), un tRNA porta un amminoacido.
- 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. Gli ultimi tre nucleotidi del mRNA sono U,G,A ma a questa combinazione non corrisponde nessun tRNA e nessun amminoacido. Questo è il segnale di termine della sintesi; la catena di amminoacidi si stacca dal ribosomi e costituisce la struttura primaria della proteina che in seguito acquista la sua struttura finale.
Tabella Riassuntiva dei Componenti e delle Fasi
| Componente | Funzione |
|---|---|
| mRNA | Trasporta l’informazione genetica dal DNA ai ribosomi per la sintesi delle proteine. |
| tRNA | Legge i codoni dell’mRNA e trasporta i corrispondenti amminoacidi ai ribosomi. |
| Amminoacidi | Costituenti delle proteine, legati tramite legami peptidici. |
| Fattori | Molecole proteiche che aiutano durante il processo di traduzione. |
| Enzimi | Catalizzano le reazioni necessarie per la sintesi proteica. |
| Fase | Descrizione |
|---|---|
| Caricamento | I tRNA si legano agli amminoacidi grazie agli enzimi amminoacil-tRNA-sintetasi e all’energia fornita dall’ATP. |
| Inizio | L’mRNA si lega alla subunità minore del ribosoma, seguito dal tRNA iniziatore, e infine la subunità maggiore si unisce formando il complesso di inizio. |
| Allungamento | Gli amminoacidi vengono uniti per formare una catena polipeptidica. |
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