Lezione 21 - Sintesi proteica e codice genetico

Lezione 21: Sintesi proteica e codice genetico.

Ripercorriamo un attimo quello che è il cammino che fa l'mRNA da quando ancora non è mRNA, cioè da quando viene trascritto, fino a quando poi verrà tradotto. La prima fase, appunto, è la trascrizione, cioè dal DNA, grazie all'RNA polimerasi, c'è la formazione dell'RNA, in questo caso l'RNA messaggero. L'RNA messaggero matura e migra all'interno del citoplasma. Quindi, la seconda fase è quella della migrazione. E poi, alla fine, l'ultima fase è la traduzione. Quindi, grazie ad alcuni altri RNA che adesso chiariremo meglio, l'informazione presente sull'mRNA viene tradotta in proteine.

Parliamo quindi della traduzione. Quali sono i protagonisti della traduzione? Li possiamo raccogliere in due grandi famiglie: la famiglia degli RNA e quelli delle proteine. Come RNA intervengono: l'RNA messaggero, in cui è contenuto il messaggio per fare la proteina; il tRNA, che leggerà il messaggio e assocerà ad ogni codon un amminoacido; e l'rRNA, che sarà l'organulo, la macchina, all'interno della quale avverrà tutta la traduzione. Tra le proteine, invece, c'è l'amminoacil-tRNA sintetasi, abile per attivare gli amminoacidi; i fattori di traduzione, quindi i fattori che vedremo successivamente; e poi gli chaperon e le foldasi, che saranno invece importanti nel processo di ripiegamento delle proteine.

Ma andiamo con ordine. Possiamo suddividere la traduzione in cinque fasi: attivazione degli amminoacidi, inizio, allungamento, termine e rilascio. E poi ci sono le modifiche post-traduzionali.

Quindi, la prima fase, l'attivazione degli amminoacidi, è un qualcosa di cui già abbiamo parlato. Cosa accade nell'attivazione degli amminoacidi? Se ricordate, c'è un enzima, l'amminoacil-tRNA sintetasi. L'enzima si attiva, vengono tolti due gruppi fosfato all'ATP, e avviene il legame fra l'ATP, questa volta AMP, e l'amminoacido, con perdita di una molecola d'acqua. A questo punto, nella terza tasca, entra il tRNA. Grazie all'ingresso del tRNA, l'amminoacido si attiva e si lega al tRNA, portando con sé una quota di energia. Fate attenzione a questo passaggio: quella quota di energia sarà molto importante nella traduzione. Solo gli amminoacidi e solo i tRNA che hanno quella quota di energia possono partecipare alla traduzione. Prima che il tRNA si stacchi, c'è il proofreading, che controlla che l'abbinamento sia corretto. In questo caso, lo è, quindi il tRNA si stacca ed è pronto per essere usato nella traduzione.

Seconda fase: inizio. Quindi, entriamo proprio nel vivo della traduzione. Abbiamo detto che la traduzione avviene all'interno dei ribosomi. All'inizio, però, della traduzione, i ribosomi sono staccati, cioè le due subunità che compongono i ribosomi, la 60S e la 40S, sono staccate tra di loro. Per fare in modo che queste due subunità non si attacchino, ci sono dei fattori che vanno appunto a mascherare i siti di attacco, sia della 40S che della 60S. Per la subunità maggiore, il fattore è l'eIF6, mentre per le subunità, per la subunità minore, ci sono due fattori: eIF1 e eIF3. Quindi, eIF1 che copre, abbraccia tutta la subunità minore, e eIF3 che permette a eIF1 di essere meglio ancorato.

A questo punto, arriva il primo tRNA importante per la traduzione, che è il tRNA che porta la metionina. Ogni traduzione inizia sempre con questo tRNA. In realtà, per la metionina, ci sono due tipi di tRNA: il tRNAi, che è quello che permette di iniziare la traduzione per tutte le traduzioni, e poi il tRNA normale per la metionina, che è quello che invece possiamo trovare all'interno della traduzione, che quindi permette alla metionina di trovarsi anche inframmezzata all'interno della proteina. Il tRNA, però, non arriva da solo, è legato a un altro fattore di inizio, eIF2, che a sua volta porta una molecola di GTP, e poi a eIF5B, che a sua volta porta un'altra molecola di GTP. Quindi, quello che arriva non è il tRNA da solo, ma è il tRNA più quei due fattori e più quelle due molecole di GTP.

Che succede? Che questo complesso del tRNA si attacca alla subunità minore e si viene a formare quello che si chiama complesso di pre-inizio. Quindi, il complesso di pre-inizio è formato da: subunità minore, fattori che coprono la subunità minore (quindi eIF1 e eIF3), tRNA con la metionina, e i due fattori che accompagnano il tRNA con la metionina (eIF2 e eIF5B).

A questo punto, che succede? Entra in gioco l'mRNA, che vi ricordo è il filamento di RNA su cui c'è l'informazione che il tRNA deve leggere e che quindi deve tradurre. Anche sulle tRNA, anche sull'mRNA ci sono delle dei fattori. Questi fattori sono eIF4E, eIF4A e eIF4G, cioè tre subunità di uno stesso fattore, eIF4. All'inizio, queste tre subunità sono attaccate alla poli-A dell'mRNA. Che succede? Che quando la traduzione deve iniziare, queste si spostano sull'inizio, quindi sul CAP dell'mRNA, e controllano che l'mRNA sia a posto, che possa iniziare appunto la traduzione. Se così è, che cosa succede? Succede che il complesso di pre-inizio si attacca all'mRNA, agli altri fattori, e si forma quello che è definito il complesso di inizio. Quindi, il complesso di inizio è formato dal complesso di pre-inizio più l'mRNA e i suoi tre fattori, che in realtà è soltanto eIF4 con le sue tre subunità.

A questo punto, il complesso di inizio scorre sull'mRNA fino a quando non incontra la tripletta AUG, che vi ricordo essere la tripletta di inizio, di start, della traduzione. Una volta che ha incontrato questa tripletta, allora capisce che la traduzione può iniziare. Che succede? Si staccano i diversi fattori e si perde anche una molecola di GTP. Nella prima fase, poi, si staccano gli altri, se ne perde un'altra. Quindi, alla fine, si staccano tutte e due i fattori. Però, quello che è importante è notare che si stacca prima un GTP e poi un altro GTP. La quota di energia del primo GTP viene utilizzata per permettere il legame tra il tRNA e l'mRNA. L'altra quota di energia, invece, viene utilizzata per far sì che le due subunità dei ribosomi si uniscano saldamente tra di loro. Quindi, è molto importante ricordare che quelle quote di energia servono, sono indispensabili affinché la traduzione abbia inizio.

A questo punto, quindi, all'inizio proprio della traduzione, quando proprio la traduzione è iniziata, ciò che è rimasto è: le due subunità del ribosoma, l'mRNA e il tRNA iniziale. Notate che il tRNA iniziale si è disposto nella tasca P, cioè nella tasca peptidica del ribosoma, e questo è molto importante.

Terza fase: allungamento. Succede. Prendiamo l'immagine di prima, con il tRNA che ormai ha iniziato la sua traduzione. Deve entrare un altro tRNA che porterà un altro amminoacido. Questo tRNA è anch'esso legato a un fattore che è eEF1. EF sta per Elongation Factor, cioè fattore di allungamento. Un occhio attento avrà notato che eEF1 è legato a un'altra molecola di GTP, quindi quell'energia che porta il GTP servirà a qualcos'altro, che vedremo meglio. Che cosa fa questo tRNA? Entra nel sito A, cioè nel sito accettore del ribosoma. A questo punto, che cosa succede? Succede che il tRNA si va a legare con la 28S, che vi ricordo essere una parte della 60S, che permette appunto l'aggancio con il tRNA. Si forma il legame. Il passaggio importante adesso qual è? Che la quota di energia che aveva il tRNA viene consumata per formare un legame peptidico fra la metionina, che era il primo amminoacido, e il secondo amminoacido che ha portato il tRNA, grazie a questa energia. Quindi, si forma il legame e la metionina si sposta sopra il secondo amminoacido. Quindi, adesso abbiamo già due amminoacidi attaccati assieme. A questo punto, GTP e il fattore eEF1 si staccano. Quell'energia è servita per legare il tRNA al ribosoma e quindi alla proteina. La proteina si è allungata, cioè l'amminoacido metionina si è unito ad altro amminoacido. Però, adesso apparentemente la situazione è bloccata, perché il sito peptidico è occupato, il sito accettore anche, non può entrare più niente. A questo punto, interviene un altro fattore che è eEF2, che porta anch'esso una quota di energia sotto forma di GTP. Il GTP viene consumato e, grazie a questa energia, eEF2 spinge le due subunità più avanti. Quindi, il tRNA che stava nel sito P adesso è nel sito E, quello che stava nel sito A adesso è nel sito P. Notate che adesso A è di nuovo libero, quindi A potrà accogliere un altro tRNA. Ed è proprio quello che succede. Arriva il terzo tRNA con un altro amminoacido, sempre legato a eEF1 al GTP. Entra nel sito A. Una volta entrato nel sito A, si lega al 28S, grazie al consumo di GTP. Una volta fatto il legame col 28S, grazie alla quota di energia che ogni tRNA porta in seguito all'attivazione della amminoacil-tRNA sintetasi, si forma il legame peptidico e gli altri due amminoacidi si spostano sul primo. Vi ricordo che nella formazione della catena proteica, quindi la catena di amminoacidi, l'amminoacido iniziale, la metionina, si troverà sempre al di sopra. Lo spostamento avverrà nella maniera che avete visto nella diapositiva, cioè agganciandosi all'ultimo amminoacido, all'ultimo che è stato aggiunto, e trasportando tutti gli amminoacidi che ci sono sopra sull'altro tRNA. A questo punto, cosa accade? Arriva un altro fattore, eEF2, con la sua GTP, consuma il GTP e sposta verso destra. Quindi, quello che era nel sito di uscita esce fuori, quello che era il tRNA che era nel sito P passa nel sito E, e il tRNA che era nel sito A passa nel sito P, e quindi adesso può entrare un altro tRNA. Quindi, il meccanismo è sempre questo, ovviamente lo dovete immaginare ripetuto per molte volte, perché ogni proteina è lunga circa 400, ma anche molto di più, amminoacidi. Quindi, ci sono proteine piccole, ma proteine anche molto grandi che possono arrivare a diverse migliaia di amminoacidi. Questo è il meccanismo, però, che sta alla base. eEF2 se ne va, e vabbè, e poi il processo va avanti.

Quarta fase: termine e rilascio. Adesso facciamo un salto. Facciamo finta che tutti gli amminoacidi della proteina sono stati aggiunti, la proteina ormai, almeno nella sua struttura primaria, è pronta e si deve staccare. Cosa succede? Se ricordate, oltre ad esserci delle triplette di inizio, che era AUG, l'unica tripletta di inizio, ci sono anche delle triplette di stop nel codice genetico. Cioè, ci sono delle triplette che dicono all'apparato di traduzione che la traduzione si deve interrompere. Una di queste triplette è UAA. Quindi, che succede? Che quando arriva eEF2 con il suo GTP e spinge il ribosoma, e questo arriva sul sito A, eEF2 se ne va. Una volta arrivato nel sito A, che succede?

Succede che entra un fattore di rilascio, un RF, un Release Factor. Questo fattore di rilascio, quindi, è in realtà un tRNA che non porta nessun amminoacido con sé. Quindi, che succede? Che il legame che si formerà è un legame con l'acqua. Il legame con l'acqua, a differenza del legame peptidico che è molto forte, è un legame debole. Quindi, grazie a questo legame debole, la proteina si riesce a staccare dal ribosoma. Una volta che si è staccata dal ribosoma, quindi, la proteina è stata terminata e rilasciata. Tuttavia, manca qualcosa nella parte finale. Infatti, non solo i ribosomi si staccano, e quindi adesso verranno coperti dai fattori iniziali e si renderanno disponibili a un'ulteriore traduzione, ma cosa anche molto importante: la metionina iniziale viene tagliata. Perché? Perché quella metionina serviva soltanto a dare l'input, l'inizio della traduzione, ma una volta che la traduzione è stata fatta, una volta che la traduzione è terminata, la metionina iniziale viene eliminata.

Ultima fase: modifiche post-traduzionali. Delle modifiche post-traduzionali abbiamo già un po' parlato in precedenza. Possono essere di due tipi. Dal primo tipo è chimiche, e consiste praticamente nell'aggiunta di molecole alla proteina. Si può parlare di glicosilazione, se si aggiungono dei glucidi, oppure ci può essere un'aggiunta di lipidi e quindi si forma una lipoproteina. Fate attenzione che nel momento in cui vengono aggiunti dei lipidi a una proteina, la proteina tenderà a cambiare forma in modo da mascherare i lipidi che sono idrofobi all'ambiente citoplasmatico che c'è intorno. Quindi, si tenderà, la proteina tenderà pronto a schermare, a mascherare i lipidi all'ambiente citoplasmatico che c'è intorno. Un'altra modifica chimica è la formazione di ponti solfuro, cioè due atomi di zolfo di due amminoacidi diversi si uniscono assieme e formano un ponte, e questo permette alla proteina di ripiegarsi. Oppure c'è la fosforilazione, cioè l'aggiunta di un gruppo fosfato, che vi ricordo essere molto negativo, e quindi questo gruppo permette alla proteina di assumere dei ripiegamenti spaziali particolari.

L'ultima fase, poi, cioè l'ultimo tipo di modifica che può avvenire sulla proteina, è il taglio proteolitico, quindi la proteina viene tagliata e quindi si possono formare più proteine che possono avere funzioni diverse. Ma le modifiche, abbiamo detto, possono essere anche e soprattutto conformazionali, e questo è molto importante, perché una proteina riesce a svolgere la sua funzione sia per la struttura primaria, ma soprattutto per la configurazione spaziale, per come si ripiega nello spazio.

Quindi, il ripiegamento è molto importante. Però, bisogna un attimo capire quali sono i tempi di ripiegamento. Vi siete mai chiesti come fa una proteina a ripiegarsi? Se ci pensate, una proteina potrebbe piegarsi in tantissimi modi infiniti, proprio un'enormità, un numero enorme di modi. E allora, come fa la proteina a ripiegarsi finché non trova il modo giusto, o ha un qualcosa che le permette di ripiegarsi soltanto una volta, ma ripiegarsi sempre nella maniera corretta? Questo è un problema che si era posto uno scienziato, Levinthal. E disse: "Levinthal, facciamo finta che io abbia una proteina di 100 amminoacidi, quindi una proteina relativamente corta, perché vi ho detto le proteine dell'ordine dei migliaia di amminoacidi, quelle un po' più piccole, fino ad arrivare anche a proteine molto più lunghe. Se io avessi soltanto 100 amminoacidi", ha ragionato Levinthal, "questi potrebbero assumere, se andassero casualmente, un numero enorme di configurazioni spaziali". Lui le contò, era un numero 10 all'87, cioè significa che tutte le conformazioni che quei 100 amminoacidi potevano assumere nello spazio erano un numero del genere. E qui Levinthal ancora non era convinto, perché è vero che è un numero molto grande, però noi sappiamo anche che all'interno del nostro organismo i meccanismi avvengono con una certa velocità. Però, lui fece un conto, disse: "Se dovessero davvero esplorare tutte queste configurazioni, sapete quanto tempo ci metterebbero le proteine?". Una proteina da 100 amminoacidi: 20 miliardi di anni, che è circa quattro volte l'età della Terra. Quindi, Levinthal capì che era impossibile che le proteine esplorassero tutte le configurazioni. Quindi, arrivò alla conclusione, noi oggi questa conclusione la possiamo comprovare con dei dati scientifici, quindi con delle ricerche scientifiche, che in realtà le proteine hanno già nella loro struttura primaria delle molecole, dei gruppi, degli amminoacidi che gli permettono di ripiegarsi solo in un determinato modo. Quindi, la proteina, per esempio l'emoglobina, quando viene prodotta, si ripiega nel modo giusto. E quindi, questo è un qualcosa di molto affascinante, se ci pensate, ma anche di molto importante per la nostra sopravvivenza.

Adesso, quali sono gli enzimi che permettono il ripiegamento delle proteine? Questi enzimi sono di due classi: le foldasi e gli chaperon. Gli chaperon sono anche indicati con il nome HSP, Heat Shock Proteins, cioè proteine sensibili allo shock termico, perché la prima volta che furono scoperti, si vide che si attivavano quando c'era uno shock termico. Come sono fatti gli chaperon? Gli chaperon sono delle proteine formate da due zone di importanza rilevante, due zone importanti, diciamo. La prima zona è il dominio ATPasico. Vi ricordo che quando per le proteine si parla di dominio, si intende una parte della proteina che svolge una certa funzione. Se voleste fare un'analogia, il dominio sta alla proteina come il gene sta al DNA, tanto per capirci a livello funzionale, anche se sono due cose completamente diverse. Quindi, il dominio ATPasico è lungo circa 450 amminoacidi e ha la funzione di consumare ATP, come dice il nome stesso, ATPasico. L'altro dominio, invece, è soltanto di 200 amminoacidi ed è un dominio di riconoscimento. Perché si attivano gli chaperon? Gli chaperon si attivano per diversi motivi: calore, e quindi per uno sbalzo termico; stati patologici, febbre, tumori, anche infezioni; e per fattori cellulari. Vi ricordo che ogni cellula è suscettibile di fattori cellulari che le stanno attorno, le molecole segnale che vengono dall'esterno sono molto importanti. Quindi, alcuni chaperon possono essere attivati da fattori esterni.

Il ruolo degli chaperon, quindi, abbiamo capito, è quello di ripiegare le proteine, perché quei due domini, un dominio consuma ATP e quindi permette di ottenere l'energia per ripiegare la proteina, l'altro dominio riconosce la proteina e ci si attacca. Però, gli chaperon possono essere di due tipi: ci sono gli chaperoni veri e propri e gli chaperonine. La differenza non sta nella funzione, ma nel momento in cui intervengono. Perché gli chaperoni veri e propri intervengono quando la traduzione è ancora in corso, quindi quando ancora la proteina viene prodotta al ribosoma, arriva lo chaperone vero e proprio e ripiega la proteina che sta ancora in fase di traduzione. Le chaperonine, invece, intervengono su una proteina che già è stata rilasciata al ribosoma, quindi una proteina che magari ha perso, per calore, stati patologici o fattori cellulari, il suo ripiegamento originale, viene attaccata dalla chaperonina e la chaperonina la ripiega nuovamente. Quindi, sono due proteine, due enzimi, che intervengono in due momenti diversi, ma hanno la stessa funzione.

Adesso, il ripiegamento delle proteine è fondamentale per il nostro organismo. Se una proteina viene ripiegata male, il nostro organismo può subire delle conseguenze disastrose. Un esempio è la mucolipidosi, che è una patologia che consiste nell'accumulo di mucopolisaccaridi, cioè di polisaccaridi e muco, nello spazio fra le cellule, e che comporta anche un deficit nella funzione dei lisosomi. Questo provoca una comparsa precoce dei lineamenti del viso, cioè quei lineamenti un po' più marcati tipici di soggetti più anziani, anomalie nello sviluppo osseo, e anche un ritardo a livello psichico e a livello motorio. Quindi, sono soggetti che già da bambini presentano quei lineamenti che invece sono tipici di un anziano e hanno dei problemi, appunto, anche a muoversi, ma anche nella psiche. Questi soggetti, a livello cellulare, hanno questo grosso accumulo di mucopolisaccaridi, ma perché questo accumulo? Soltanto perché una proteina è ripiegata male. Quindi, pensate, una proteina ripiegata male provoca quel disastro a tutto il corpo, soltanto perché, rispetto a quella normale, il ripiegamento non è quello giusto. Infatti, se vedete queste due, la proteina normale e quella anormale, vedete che c'è qualche foglietto beta in più nella normale, qualche piccola differenza a livello di ripiegamento, eppure quella piccola differenza determina un totale cambiamento a livello dell'attività cellulare e quindi una patologia di quella portata.

Adesso, abbiamo detto quindi come funziona la traduzione e abbiamo chiarito quindi tutti i vari passaggi. In realtà, però, non dobbiamo immaginare, non dovete immaginare la traduzione come soltanto un ribosoma e l'mRNA. In realtà, su uno stesso mRNA si attaccano a diverse altezze, si attaccano, scusate, diversi ribosomi. Cioè, che succede? Un ribosoma si attacca all'mRNA, inizia a leggere il messaggio. Mentre quel ribosoma legge il messaggio, se ne attacca un altro all'inizio, inizia a leggere il messaggio, fino a formare, appunto, un unico mRNA su cui ci sono tanti ribosomi che leggono lo stesso messaggio, però con tempi un po' diversi. Questo cosa avrà come risvolto? Avrà che una stessa proteina viene prodotta più velocemente, in meno tempo. Cioè, in meno tempo si riescono a produrre più proteine, perché i ribosomi leggono quello che poco un ribosoma legge quello che poco prima aveva letto un altro ribosoma. Si forma, quindi, una struttura formata da più ribosomi e mRNA, che prende il nome di polisoma, che alla microscopia elettronica appare in questa maniera: quindi, unico filo che è l'mRNA, su cui ci sono tanti pallini che sono, appunto, i ribosomi.

La traduzione può sembrare un meccanismo lontano da noi stessi. È vero, avviene nelle nostre cellule, ma sembra un qualcosa di così minuzioso, di così particolare, da non toccarci nel profondo, da non farci capire l'importanza della traduzione. Eppure, ogni giorno, molte persone nel mondo assumono dei farmaci, degli antibiotici, che servono appunto a eliminare infezioni batteriche. Gli antibiotici, se fanno effetto, è proprio perché vanno ad attaccare l'apparato di traduzione, e attaccando l'apparato di traduzione soltanto dei batteri, riescono a bloccare la traduzione di proteine vitali per la sopravvivenza dei batteri, e quindi i batteri muoiono. Quindi, pensate come l'apparato di traduzione che abbiamo studiato adesso sia molto importante per la difesa di noi stessi dai batteri. E facciamo qualche esempio di antibiotici: tetracicline, sono una classe di antibiotici che si legano al sito A dei ribosomi e ne bloccano l'aggancio col tRNA. Quindi, pensate un attimo, il tRNA non riesce più ad entrare nel sito A perché c'è la tetraciclina. Non entrando più nel sito A, la traduzione non può andare avanti, si blocca, la proteina non riesce a essere formata, il batterio muore. Oppure il cloramfenicolo, che blocca un enzima, la peptidil transferasi, che permette il legame tra il tRNA e l'rRNA 23S dei batteri. Questo legame non avviene, il tRNA non riesce a legarsi al ribosoma, non può avvenire la traduzione. Ancora, la streptomicina, che induce invece una lettura errata nel codice genetico, quindi verranno prodotte proteine sbagliate, quindi il batterio morirà. O infine, l'eritromicina, che invece, pensate, blocca il fattore eEF2. Quindi, una volta che i siti si sono occupati, il fattore eEF2 a causa...

...degli antibiotici. Ed è proprio grazie all'interferenza con questo macchinario che riusciamo a prevenire e quindi a distruggere i batteri che ci possono determinare delle malattie.

Dunque, ora che abbiamo parlato della traduzione in generale e abbiamo visto quali sono i diversi passaggi, possiamo un attimo fermarci a pensarci su quello che è il bilancio energetico della traduzione, cioè quanta energia, in pratica, viene spesa durante la traduzione. Partiamo dall'inizio, cioè dall'attivazione degli amminoacidi, e abbiamo visto che per un amminoacido vengono consumati due legami fosforici. Vi ricordo che ogni legame tra due gruppi fosfati è un legame energetico, quindi ogni volta che un legame viene consumato, si libera una certa quantità di energia. Nel corso, poi, della traduzione, delle varie fasi, abbiamo visto che per ogni amminoacido vengono consumati due GTP: uno che viene appunto dall'elongation factor che poi entra nel sito A, e uno invece nell'elongation factor 2 che serve per spostare il ribosoma. Quindi, possiamo dire che per ogni amminoacido vengono consumati quattro legami fosforici: i primi due nell'attivazione e gli altri due tra inizio, allungamento e termine. A questi, però, vanno aggiunte altre energie. Innanzitutto, l'energia usata per costituire il complesso di inizio, tutti quei fattori che si attaccano all'mRNA e quindi permettono l'inizio della traduzione, si possono attaccare solo se viene consumata una certa quota di energia. L'energia per la fase di terminazione, anche molto importante, il rilascio deve essere, la terminazione e il rilascio devono essere fatte, e quindi c'è bisogno di energia. L'energia spesa per i tRNA non corretti. Abbiamo detto che l'amminoacil-tRNA sintetasi, in qualche lezione fa, compie degli errori, e lì, una volta che l'errore è compiuto, l'energia ormai è stata spesa, quella energia va calcolata nel bilancio energetico. Oppure l'energia spesa per far uscire i tRNA non corretti durante la fase di allungamento. Infatti, non dovete pensare al macchinario di traduzione come un macchinario infallibile. Può capitare, alcune volte, che entri nel sito A un tRNA non corretto, cioè un tRNA che non deve esserci lì. Quando questo accade, viene spesa una quota di energia per farlo uscire, e quindi anche questa energia va tenuta in conto nel bilancio.

Le proteine, dopo che vengono sintetizzate, devono spostarsi in una zona particolare della cellula per svolgere la funzione a cui erano destinate. Il loro destino è già scritto nella loro sequenza. Infatti, tra gli amminoacidi ci sono delle particolari sequenze di residui, chiamati segnali di indirizzamento. Questi segnali decretano il destino delle proteine, cioè stanno a significare dove una proteina deve andare a localizzarsi dopo la sintesi. I segnali di indirizzamento possono essere di due tipi: primario e secondario. Se una proteina ha il segnale di indirizzamento primario, essa è destinata alla via escretoria. Se invece non ce l'ha, alla via citoplasmatica. La via escretoria consiste nel passaggio della proteina al reticolo endoplasmatico rugoso, successivamente all'apparato di Golgi, e dall'apparato di Golgi, tramite i segnali di indirizzamento secondario, all'esterno, ai lisosomi e alla membrana citoplasmatica. Quindi, una di queste tre opzioni. Se invece la proteina non ha il segnale di indirizzamento primario, è destinata alla via citoplasmatica, ovvero, dopo la sintesi, resta nel citoplasma e, tramite i segnali di indirizzamento secondario, può andare o al nucleo, o ai perossisomi, o al citoplasma, oppure ai mitocondri. Il segnale di indirizzamento primario si trova solamente su alcuni tipi di proteine ed è dislocato nella porzione iniziale della nuova proteina. Il segnale di indirizzamento è composto da tre parti: una regione positiva, che è quella più estrema, chiamata regione N-terminale; una parte centrale idrofobica; e una regione polare. Quest'ultima è attaccata proprio vicino al resto della proteina e vicino alla regione polare, quindi deve avvenire il taglio per separare il segnale di indirizzamento dalla proteina, perché, come vedremo in seguito, questo segnale verrà staccato dalla proteina matura. Ricordiamo che il segnale è comunque composto da una sequenza di residui.

I ribosomi, quindi, sintetizzano le proteine nel citoplasma. Quando comincia la traduzione, si avvicina alla proteina che si sta formando una ribonucleoproteina, SRP, Signal Recognition Particle, che è formata dall'RNA 7SL più sette proteine. Questo complesso, quindi, si avvicina al ribosoma e va ad indagare, si avvicina alla proteina per vedere se la proteina ha il segnale di riconoscimento primario. Se ha il segnale, la proteina può seguire la via escretoria e quindi si aggrappa al ribosoma e porta tutta la struttura vicino al reticolo endoplasmatico rugoso. Inoltre, dopo che riconosce il segnale, blocca la traduzione, in modo che la proteina che si sta formando non subisca degli errori durante il trasporto. Quindi, prende il ribosoma e porta tutta la struttura sul reticolo endoplasmatico rugoso, dove riconosce il translocon, un particolare complesso proteico che serve per il riconoscimento e l'aggancio, nonché da passaggio che comunica, quindi, il citoplasma con il reticolo endoplasmatico, perché una volta arrivati sulla membrana del RER, può ricominciare la traduzione e quindi la proteina che si sta producendo entra nel reticolo endoplasmatico. Quando è entrato nel reticolo endoplasmatico, la nostra proteina viene poi modificata per passare successivamente all'apparato di Golgi, e dal Golgi, secondo quanto è indicato con i segnali di riconoscimento secondario, la proteina può seguire tre destini: può andare o ai lisosomi, o può uscire dalla cellula e quindi andare all'esterno, oppure può andare a formare gli elementi della membrana, quindi per un rimaneggiamento della membrana stessa.

I segnali di indirizzamento secondario sono costituiti da particolari molecole. Ad esempio, per i lisosomi, il segnale di indirizzamento secondario è il mannosio-6-fosfato. Per quanto riguarda invece la via citoplasmatica, la sintesi della proteina che non ha il segnale di riconoscimento primario avviene direttamente nel citoplasma e in seguito questa proteina potrà essere condotta verso altre vie e quindi altri destini, come è indicato sempre nel segnale di indirizzamento secondario, e quindi può andare o al nucleo, o ai perossisomi, o ai mitocondri, oppure può rimanere nel citoplasma. I segnali di indirizzamento secondario, in questi casi, quindi, corrispondono ad una disposizione degli amminoacidi. Ad esempio, per quanto riguarda il nucleo, i segnali di indirizzamento secondario sono costituiti dall'intervallo tra amminoacidi basici e amminoacidi non basici. Per quanto riguarda invece i mitocondri, c'è un susseguirsi di amminoacidi basici senza intervalli.

Le proteine hanno un'emivita variabile. Possono durare da alcuni minuti a parecchi giorni, oppure altre possono durare addirittura per tutta la vita, come per quanto riguarda le proteine del cristallino. Naturalmente, le proteine dureranno a seconda del bisogno che ha il corpo di esse. Le proteine vengono distrutte per diversi motivi: Innanzitutto, per evitare che si accumulino le proteine anormali e quindi si distruggono per evitare che ci siano problemi per l'organismo, oppure per evitare che si accumulino anche quelle normali che però hanno già svolto la loro funzione, visto che non servono più perché hanno compiuto la funzione, sono inutili e quindi vengono distrutte, oppure per favorire il riciclo di amminoacidi, perché naturalmente si distruggono le proteine e con gli stessi amminoacidi si vanno a costruire delle nuove proteine. Come vengono distrutte le proteine? Possono seguire o una via lisosomiale o una ubiquitina-dipendente. Per quanto riguarda la prima ipotesi, la prima strada, una proteina quando deve essere distrutta, si circonda di una doppia membrana e si forma un autofagosoma, il quale viene poi a contatto con un lisosoma, si forma un'autofagolisosoma, che porta alla distruzione della proteina. La seconda via vede coinvolta una particolare proteina, l'ubiquitina, da segnale per il proteasoma, quindi viene facilmente individuata dal proteasoma, che distrugge la proteina.

Nelle scorse lezioni abbiamo cominciato ad analizzare il codice genetico. Adesso vediamo le sue caratteristiche. Il codice genetico è a triplette, cioè un linguaggio scritto con parole fatte da tre lettere ciascuna. Ogni tripletta corrisponde ad un amminoacido. Il codice genetico non ha sovrapposizione, cioè si legge in gruppi di tre, non si leggono prima due basi, poi tre, quindi si leggono solo a gruppi di tre. Non ha punteggiatura, cioè si legge continuamente, non ci sono segnali che staccano i diversi amminoacidi tra di loro, quindi si legge di continuo. È degenerato, nel senso che per tutti gli amminoacidi ci sono più sequenze che corrispondono ad essi, cioè più sequenze di basi, più triplette possono corrispondere ad uno stesso amminoacido. Questo serve per evitare che ci siano degli errori. Ad esempio, se capita che nella sintesi qualcosa va storto, ci sono sempre delle altre sequenze che corrispondono allo stesso amminoacido di cui si ha bisogno. Il codice genetico è quasi universale, cioè le sequenze, le triplette corrispondono agli amminoacidi, agli stessi amminoacidi praticamente in quasi tutti gli organismi, con alcune differenze nei batteri o in alcuni protozoi o nelle alghe. Ad esempio, nell'uomo, una sequenza di stop UAG serve, quindi, per bloccare la sintesi. In alcuni microorganismi ciliati, UAG, quindi la stessa tripletta, corrisponde invece all'amminoacido glutammina. Il codice genetico ha segnali di inizio e di fine, cioè ci sono delle triplette da cui comincia la sintesi proteica e altre triplette che, una volta che vengono riconosciute, fanno stoppare la sintesi. Presenta dei nucleotidi insoliti e ha l'anticodone che vacilla. Adesso analizzeremo le ultime due caratteristiche.

Non sempre viene rispettata la regola della complementarietà delle basi. Infatti, può capitare che nella terza posizione del codone si possa trovare, si possano trovare dei nucleotidi insoliti con delle basi particolari che non seguono quindi la complementarietà. Un esempio di questa è l'inosina, ma ci sono anche altri tipi di nucleotidi. Questi che vedete nell'immagine, questa anomalia dipende dal vacillamento dell'anticodone. Il vacillamento dell'anticodone è una particolarità del codice genetico che consiste nella imprecisione nel legame tra il codone e l'anticodone, a causa della forma arcuata dell'anticodone. C'è una perfetta, un perfetto appaiamento solo tra la prima e nella seconda base. Il terzo punto, la terza base, invece, non si appaia perfettamente con la complementare, e quindi ci possono essere delle basi differenti, proprio perché non c'è un appaiamento, non c'è un appaiamento preciso, non riescono ad appaiarsi e non si deve seguire per forza la regola della complementarietà. In questo modo, la cellula eucariote riesce ad avere meno tipi di tRNA, e quindi è un sistema di risparmio per la cellula.