Traduzione del DNA
Che cos'è e come avviene la traduzione del DNA?
La traduzione del DNA, detta anche sintesi proteica, è quel processo biochimico attraverso cui l'RNA messagero (mRNA) prodotto dalla trascrizione del DNA viene decodificato per la sintesi di un polipeptide la cui sequenza amminoacidica corrisponde alla sequenza nucleotidica scritta sul DNA di partenza.
È quindi il secondo passaggio (dopo la trascrizione) per il trasferimento delle informazioni contenute nel DNA in molecole capaci di svolgere i ruoli per cui sono codificate.
Le proteine prodotte andranno a svolgere funzione enzimatica o strutturale e saranno l'elemento funzionale più importante per il mantenimento della cellula.
In tale catena di reazioni sono coinvolte le seguenti componenti: mRNA, tRNA, ribosomi più gli enzimi necessari alla catalizzazione delle reazioni di polimerizzazione della catena polipeptidica.
La corrispondenza tra le sequenze nucleotidiche dell'RNA e quelle amminoacidiche delle proteine risultanti è data dall'esistenza di un preciso codice che attribuisce ad ogni sequenza di nucleotidi una specifica sequenza di amminoacidi grazie all'azione delle molecole di tRNA.
I 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).
Una di queste sequenze l'rRNA 16s, presente sulle sub-unità minori nei procarioti, è una delle molecole utilizzate per il riconoscimento specie-specifico dei procarioti con tecniche molecolari (fig.1).
Figura 1: Ribosoma. Le due subunità sono composte una porzione proteica e una o più sequenze di rRNA.
L'RNA
L'RNA (acido ribonucleico) è un acido nucleico simile al DNA ma in cui una base azotata differente, l'Uracile, prende il posto della Timina.
Anche nell'RNA è presente uno zucchero pentoso ma a differenza del DNA in questo caso si tratta del Ribosio.
Viene sintetizzato dall'enzima RNA polimerasi a partire da specifiche sequenze di DNA.
A seconda della funzione che andrà a svolgere, distinguiamo vari tipi di RNA:
- l'RNA ribosomiale (rRNA);
- l'RNA tranfert (tRNA);
- l'RNA messaggero (mRNA).
Il tRNA
L'RNA Transfert (tRNA) è una molecola essenziale nel trasferimento dell'informazione dal codice nucleotidico alla sequenza di amminoacidici.
È una molecola di RNA lungo la cui sequenza appaiono molte sequenze complementari tra di loro: questa complementarità determina l'appaiamento dei nucleotidi con conseguente ripiegamento del filamento a formare una sorta di trifoglio, in cui lo "stelo" è formato dalle porzioni terminali del filamento contenenti le due estremità 3' e 5'.
All'etremita 3' è presente un gruppo ossidrile OH che viene utilizzato per legare l'amminoacido mediante un legame esterico.
Le "foglie" vanno a costituire i bracci (o anse): l'ansa TΨC contiene sequenze complementari all'rRNA della sub-unità maggiore del ribosoma; l'anticodone contiene 3 nucleotidi complementari ai nucleotidi dell'mRNA specifici per i vari amminoacidi.
Il braccio variabile prende il nome dal fatto che la sua lunghezza varia nei diversi tRNA con lo scopo di uniformarne la dimensione complessiva.
Il compito del tRNA è trasportare specifici amminoacidi e posizionarli nei ribosomi dove verranno assemblati secondo la sequenza descritta dall'mRNA (fig.2).
Figura 2: T-RNA: a) ansa TC che si lega all'rRNA della subunità maggiore; B) Braccio variabile; C) Anticodone che lega il codone dell'mRNA; d) il gruppo OH in 3' forma un estere con l'amminoacido.
L'mRNA
L'RNA messaggero (mRNA) è la molecola di RNA che ha il compito di trasportare l'informazione contenuta nel DNA e fare da stampo per la sintesi delle proteine.
Viene sintetizzato dall'RNA polimerasi a partire dal filamento di DNA ed è ad esso complementare.
Su di esso si legano in sequenza i vari tRNA permettendo la polimerizzazione delle proteine con la corretta sequenza amminoacidica.
Il codice
La traduzione del DNA può avvenire grazie all'esistenza di un codice specifico che assegna ad ogni sequenza di DNA uno specifico amminoacido corrispondente.
Sul DNA le "lettere" del codice (dette "codoni") sono costituite da triplette di nucleotidi.
Ogni tripletta codifica per un determinato amminoacido, ma non è vero il contrario cioè lo stesso amminoacido può essere codificato da più triplette differenti.
Infatti gli amminoacidi sono 20, mentre le possibili combinazioni di triplette sono 64 (dato che i nucleotidi sono di 4 tipi, per cui 4^3 combinazioni = 64 possibilità).
Questa caratteristica del codice genetico è definita "ridondanza" e consente, tra l'altro, di assorbire eventuali errori puntiformi nella replicazione del DNA.
Su uno dei bracci del tRNA è presente l'anticodone, ossia una sequenza di tre nucleotidi complementari ad uno specifico codone dell' mRNA.
La specificità degli anticodoni con gli amminoacidi trasportati dai singoli tRNA determina la possibilità di tradurre la sequenza nucleotidica in una specifica sequenza peptidica.
Meccanismi della traduzione del DNA
Come detto, la sintesi proteica avviene in associazione ai ribosomi; sulla sub-unità minore del ribosoma è presente una sequenza specifica di RNA ribosomiale (rRNA16s nei procarioti) che rappresenta il sito di legame per l'RNA messaggero.
Quest'ultimo va a collocarsi in modo che la prima sequenza da tradurre (che è sempre AUG, codificante per l'amminoacido formil-metionina) si posizioni in corrispondenza del sito P del ribosoma dove il codone AUG si lega con l'anticodone del tRNA che trasporta il corrispondente amminoacido.
La seconda tripletta dell'RNA messagero si posiziona in corrispondenza del sito definito A.
In tale sito va a posizionarsi il secondo tRNA, cosicché i due amminoacidi trasportati si trovino nella posizione corretta perché possa avvenire la formazione del legame peptidico.
Specifiche proteine di allungamento determinano quindi lo slittamento dell'RNA messaggero verso l'esterno del complesso biosintetico, facendo giungere il secondo tRNA in posizione P, facendo fuoriuscire la porzione di mRNA di inizio traduzione all'esterno e facendo straccare il tRNA dalla formil-metionina.
Il sito A è quindi nuovamente libero e può essere occupato dal terzo amminoacido della catena e così via fino al raggiungimento del codone di stop che segnala la fine del processo e il distacco del polipeptide dal complesso di sintesi (fig. 3).
Figura 3: Traduzione e sintesi proteica: A): Il complesso amminoacido-TRNA della metil-tionina si inserisce nel sito P; B) 1: Amminoacido; 2: TRNA. Mano a mano che gli amminoacidi si uniscono alla catena i TRNA vengono rilasciati nel citosol; C) Una volta raggiunto il codone di stop la catena peptidica viene liberata nel citoplasma.
I ribosomi sono presenti in grande quantità e il processo avviene contemporaneamente in vari punti del RNA messaggero, determinando una produzione di proteine molto alta a partire da un singolo filamento nucleotidico.
Inibizione della sintesi proteica
Alcune molecole sono in grado di inibire il corretto svolgimento della traduzione dell'RNA e della sintesi delle proteine interferendo con il complesso di sintesi o legando specifici siti dell'RNA messaggero.
Anche la comparsa di mutazioni genetiche può determinare l'insorgenza di codoni stop nel mezzo del filamento che bloccano la sintesi prima della formazione dell'intero peptide.
Riassumendo
- La traduzione permette la sintesi di proteine a partire da sequenze di acidi nucleici
- Le varie molecole di RNA sono attori principali di questo processo
- il codice genetico è ridondante
- i ribosomi sono complessi proteici costituiti da due sub-unità associate a rRNA
- Mutazioni genetiche o composti chimici possono alterare il processo di traduzione
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