La traduzione è il processo secondo cui l’mRNA è tradotto in una catena polipeptidica. Le informazioni contenute nel DNA vengono utilizzate dalla cellula per sopravvivere ed esercitare le proprie funzioni attraverso la sintesi delle proteine, macromolecole che svolgono molti ruoli biologici (strutturale, catalitico, regolatorio…). Il passaggio dal gene, l’unità funzionale del DNA, alla proteina avviene in due fasi: la trascrizione del DNA genera l’RNA, la traduzione dell’RNA porta alla sintesi della proteina.
Il Ruolo Chiave dei Ribosomi
Tale processo avviene nei ribosomi. I ribosomi sono una componente fondamentale del processo di traduzione del DNA. Sono dei complessi formati da due sub-unità proteiche di differenti dimensioni (L = large S= small) a cui sono associate determinate sequenze di RNA ribosomiale (rRNA). I ribosomi non sono specifici per la sintesi di un solo polipeptide; ogni ribosoma può usare qualsiasi mRNA e tutti i tipi di tRNA carichi, quindi può essere utilizzato nella fabbricazione di molti prodotti polipeptidici diversi.
La subunità minore lega l’mRNA; la subunità maggiore presenta due siti, chiamati A e P, che accolgono due molecole di tRNA. Nel sito P si trova la catena polipeptidica (La sequenza di amminoacidi) che si sta formando, ed è legata all’ultimo tRNA, mentre nel sito A ci sono i tRNA carichi del rispettivo amminoacido.
Il Codice Genetico e il Ruolo del tRNA
Il processo di traduzione dell’RNA si basa sull’esistenza di un codice genetico che mette in relazione la sequenza del DNA con la sequenza degli amminoacidi, le unità base delle proteine. Esistono 20 tipi di amminoacidi (leucina, glicina, metionina…). Una sequenza di tre nucleotidi è detta codone e codifica l’informazione per un singolo amminoacido. Il codice è ridondante: più codoni possono codificare per lo stesso amminoacido.
Ricordiamo che una molecola di tRNA lega solo uno specifico aminoacido, che è in grado di identificare sull’mRNA la tripletta corrispondente. La parte di mRNA che contiene la tripletta è detta codone; a questo si lega una molecola di tRNA con un’altra sequenza di tre basi, detta anticodone. Gli amminoacidi arrivano nel ribosoma trasportati dai tRNA. Una porzione del tRNA (anticodone) si appaia al codone corrispondente e permette che sia il corretto amminoacido a legarsi alla catena di amminoacidi nascente.
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L'RNA Transfert (tRNA) è una molecola essenziale nel trasferimento dell'informazione dal codice nucleotidico alla sequenza di amminoacidici. All'etremita 3' è presente un gruppo ossidrile OH che viene utilizzato per legare l'amminoacido mediante un legame esterico. Su uno dei bracci del tRNA è presente l'anticodone, ossia una sequenza di tre nucleotidi complementari ad uno specifico codone dell' mRNA.
Ogni tRNA contiene un particolare anticodone, che corrisponde al proprio amminoacido. 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).
Le Fasi della Traduzione
Abbiamo a disposizione l'RNA messaggero eventualmente modificato, i ribosomi e l'RNA transfer, ora può iniziare il processo di traduzione che procede sempre in direzione 5' → 3' e si svolge in 3 fasi: inizio, allungamento, terminazione.
Fase di Inizio
1)Fase di inizio: l’mRNA si lega ai ribosomi, precisamente con la subunità minore, e quando si hanno dei fattori di inizio sempre di natura proteica, a questo complesso si aggiunge la subunità maggiore. La subunità minore del ribosoma si lega all'mRNA. Per posizionarsi correttamente, sull'mRNA dei Procarioti, prima del codone d'inizio, si trova una specifica sequenza che serve da segnale.
Negli Eucarioti, invece, la subunità riconosce il cappuccio 5' (5' CAP), una guanina modificata, posto nell'estremità 5' a protezione dell'mRNA dalla degradazione. Il primo amminoacido è sempre la metionina (Formilmetionina nei procarioti) perché la sua tripletta dà un segnale di inizio alla sintesi. Il tRNA che la trasporta occupa sempre il sito P della subunità maggiore; si lega con il suo codone al primo codone dell’mRNA. Questa reazione richiede energia sotto forma di GTP.
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Il tRNA - con l'anticodone UAC e l'amminoacido formil-metionina - si posiziona in corrispondenza del codone d'inizio AUG. mettRNA - mRNA - subunità minore del ribosoma costituiscono il complesso d'inizio. In genere la formil-metionina iniziale viene rimossa dal polipeptide alla fine del processo. Si unisce la subunità maggiore del ribosoma in modo che il tRNA si trovi nel sito P del ribosoma. Tutta la struttura è tenuta insieme da fattori d'inizio. L'energia necessaria per la fase iniziale è fornita dall'idrolisi di una molecola di GTP.
Fase di Allungamento
2)Fase di allungamento: in questa fase, grazie ad un fattore di allungamento, un altro tRNA, carico del suo amminoacido, che corrisponde al secondo codone dell’mRNA, occupa il sito che in precedenza era vuoto. Adesso grazie ad un enzima, il peptidil transferasi, si forma un nuovo legame: è un legame peptidico tra il gruppo carbossilico del primo amminoacido e il gruppo amminico del secondo.
L'allungamento consiste nell'aggiunta progressiva di amminoacidi in base ai codoni dell'mRNA e si attua in 3 tappe, coadiuvate da fattori di allungamento. Nel sito A si posiziona un secondo tRNA con il suo amminoacido, corrispondente al codone successivo. Il polipeptide del sito P si separa dal tRNA e si forma il legame peptidico tra l'amminoacido nel sito A e il peptide nel sito P. Il legame è catalizzato dall'RNA ribosomiale, che ha funzione enzimatica, e perciò chiamato ribozima e non richiede energia.
A questo punto troviamo due aminoacidi legati e una molecola di tRNA senza amminoacido. Quest’ultima lascia il sito P mentre il dipeptide (ossia due amminoacidi con un legame peptidico) si sposta dal sito A al sito P mediante il secondo tRNA. Per permettere la sintesi anche l’mRNA si sposta, sempre nella subunità minore, di tre nucleotidi. IN questo modo il sito A è esposto ad un nuovo codone.
Il ribosoma avanza di un codone in direzione 3' e quindi si ha lo spostamento o traslocazione del secondo peptidil-tRNA dal sito A al P mentre il primo tRNA, privo dell'amminoacido, si sposta nel sito E per poi uscire dal ribosoma. Il sito A è ora nuovamente libero per ricevere il terzo tRNA. La traslocazione richiede idrolisi di una molecola di GTP. Queste azioni si ripetono fino a quando il ribosoma non incontra uno dei tre codoni Stop.
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Fase di Termine
3)Fase di termine: la sintesi delle proteine finisce quando il sito A viene esposto ad una tripletta di fine (UAA, UGA, UAG). Una molecola di mRNA può essere letta da più di un ribosoma nello stesso tempo.
Sul codone stop si lega un fattore di rilascio che favorisce il distacco della catena polipeptidica e la separazione delle subunità del ribosoma.
Quando l'mRNA è stato tradotto, viene scomposto nei suoi nucleotidi, che saranno reimpiegati in una nuova trascrizione. Prima di disgregarsi, però, l'mRNA può essere tradotto da molti ribosomi contemporaneamente, formando una struttura detta poliribosoma o polisoma.
Tabella Riassuntiva delle Fasi della Traduzione
| Fase | Descrizione | Eventi Chiave |
|---|---|---|
| Inizio | Formazione del complesso di inizio sul ribosoma. | Legame dell'mRNA alla subunità ribosomiale minore, riconoscimento del codone di inizio AUG, reclutamento del tRNA iniziatore. |
| Allungamento | Aggiunta sequenziale di amminoacidi alla catena polipeptidica. | Legame del tRNA al sito A, formazione del legame peptidico, traslocazione del ribosoma lungo l'mRNA. |
| Termine | Rilascio della catena polipeptidica completa. | Riconoscimento di un codone di stop (UAA, UAG, UGA) da parte dei fattori di rilascio, distacco del polipeptide e dissociazione del ribosoma. |
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