Biologia per Majors I

Figura 1. Un legame peptidico collega l’estremità carbossilica di un amminoacido con l’estremità amminica di un altro, espellendo una molecola d’acqua. Per semplicità in questa immagine, vengono mostrati solo i gruppi funzionali coinvolti nel legame peptidico. Le denominazioni R e R ‘ si riferiscono al resto di ciascuna struttura aminoacidica.,

La sintesi delle proteine consuma più energia di una cellula rispetto a qualsiasi altro processo metabolico. A loro volta, le proteine rappresentano più massa di qualsiasi altro componente degli organismi viventi (ad eccezione dell’acqua) e le proteine svolgono praticamente ogni funzione di una cellula. Il processo di traduzione, o sintesi proteica, comporta la decodifica di un messaggio mRNA in un prodotto polipeptidico. Gli amminoacidi sono legati covalentemente insieme collegando i legami peptidici in lunghezze che vanno da circa 50 residui di amminoacidi a più di 1.000., Ogni singolo amminoacido ha un gruppo amminico (NH2) e un gruppo carbossilico (COOH). I polipeptidi si formano quando il gruppo amminico di un amminoacido forma un legame ammidico (cioè peptidico) con il gruppo carbossilico di un altro amminoacido (Figura 1). Questa reazione è catalizzata dai ribosomi e genera una molecola d’acqua.

Macchine per la sintesi proteica

Oltre al modello di mRNA, molte molecole e macromolecole contribuiscono al processo di traduzione., La composizione di ciascun componente può variare a seconda delle specie; ad esempio, i ribosomi possono essere costituiti da diversi numeri di RRNA e polipeptidi a seconda dell’organismo. Tuttavia, le strutture e le funzioni generali del macchinario di sintesi proteica sono paragonabili dai batteri alle cellule umane. La traduzione richiede l’input di un modello di mRNA, ribosomi, TRNA e vari fattori enzimatici.

Polisomi

Anche prima che un mRNA venga tradotto, una cellula deve investire energia per costruire ciascuno dei suoi ribosomi. In E., coli, ci sono tra 10.000 e 70.000 ribosomi presenti in ogni cellula in un dato momento. Un ribosoma è una macromolecola complessa composta da RRNAS strutturali e catalitici e molti polipeptidi distinti. Negli eucarioti, il nucleolo è completamente specializzato per la sintesi e l’assemblaggio di RRNA.

I ribosomi esistono nel citoplasma nei procarioti e nel citoplasma e nel reticolo endoplasmatico ruvido negli eucarioti., I mitocondri e i cloroplasti hanno anche i loro ribosomi nella matrice e nello stroma, che sembrano più simili ai ribosomi procarioti (e hanno sensibilità simili ai farmaci) rispetto ai ribosomi appena fuori dalle loro membrane esterne nel citoplasma. I ribosomi si dissociano in subunità grandi e piccole quando non sintetizzano le proteine e si riassociano durante l’inizio della traduzione. In E. coli, la subunità piccola è descritta come 30S e la subunità grande è 50S, per un totale di 70S (ricordiamo che le unità Svedberg non sono additive)., I ribosomi dei mammiferi hanno una piccola subunità 40S e una grande subunità 60S, per un totale di 80S. La piccola subunità è responsabile del legame del modello di mRNA, mentre la grande subunità lega sequenzialmente i tRNA. Ogni molecola di mRNA viene tradotta simultaneamente da molti ribosomi, tutti sintetizzando la proteina nella stessa direzione: leggendo l’mRNA da 5′ a 3′ e sintetizzando il polipeptide dal terminale N al terminale C. La struttura completa di mRNA / poli-ribosoma è chiamata polisoma.,

tRNA

I TRNA sono molecole di RNA strutturali che sono state trascritte dai geni dalla RNA polimerasi III. A seconda della specie, esistono da 40 a 60 tipi di TRNA nel citoplasma. Gli RNA di trasferimento servono come molecole adattatori. Ogni tRNA trasporta un aminoacido specifico e riconosce uno o più dei codoni mRNA che definiscono l’ordine degli amminoacidi in una proteina. Gli aminoacil-TRNA si legano al ribosoma e aggiungono l’aminoacido corrispondente alla catena polipeptidica. Pertanto, i TRNA sono le molecole che in realtà “traducono” il linguaggio dell’RNA nel linguaggio delle proteine.,

Dei 64 possibili codoni di mRNA—o combinazioni di triplette di A, U, G e C—tre specificano la terminazione della sintesi proteica e 61 specificano l’aggiunta di aminoacidi alla catena polipeptidica. Di questi 61, un codone (AUG) codifica anche l’inizio della traduzione. Ogni anticodone tRNA può basare la coppia con uno dei codoni mRNA e aggiungere un amminoacido o terminare la traduzione, secondo il codice genetico., Ad esempio, se la sequenza CUA si verificasse su un modello di mRNA nel frame di lettura corretto, legherebbe un tRNA che esprime la sequenza complementare, GAU, che sarebbe legata all’amminoacido leucina.

Come molecole adattatrici di traduzione, è sorprendente che i TRNA possano adattarsi a tanta specificità in un pacchetto così piccolo. Si consideri che i TRNA devono interagire con tre fattori:

1. Devono essere riconosciuti dalla corretta aminoacil sintetasi.
2. Devono essere riconosciuti dai ribosomi.
3. Devono legarsi alla sequenza corretta in mRNA.,

Aminoacil tRNA Sintetasi

Il processo di sintesi pre-tRNA da RNA polimerasi III crea solo la porzione di RNA della molecola adattatore. L’aminoacido corrispondente deve essere aggiunto successivamente, una volta che il tRNA viene elaborato ed esportato nel citoplasma. Attraverso il processo di “carica” del tRNA, ogni molecola di tRNA è collegata al suo aminoacido corretto da uno di un gruppo di enzimi chiamati aminoacil tRNA sintetasi. Esiste almeno un tipo di aminoacil tRNA sintetasi per ciascuno dei 20 aminoacidi; il numero esatto di aminoacil tRNA sintetasi varia a seconda della specie., Questi enzimi prima legano e idrolizzano l’ATP per catalizzare un legame ad alta energia tra un amminoacido e l’adenosina monofosfato (AMP); una molecola di pirofosfato viene espulsa in questa reazione. L’amminoacido attivato viene quindi trasferito al tRNA e AMP viene rilasciato. Il termine “carica” è appropriato, poiché il legame ad alta energia che attacca un amminoacido al suo tRNA viene successivamente utilizzato per guidare la formazione del legame peptidico. Ogni tRNA è chiamato per il suo amminoacido.

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