Ciao DoctorZ, in questo episodio vediamo uno dei concetti chiave della biologia molecolare e della genetica: la sintesi proteica.
Questo argomento è fondamentale per comprendere come le informazioni genetiche vengono tradotte in proteine e permette di capire come funzionano le cellule e come, per esempio, possono svilupparsi malattie come quelle genetiche 🔎.
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La sintesi proteica è infatti il processo biologico attraverso il quale le singole cellule costruiscono le proteine specifiche di cui hanno bisogno. Essa coinvolge sia il DNA (acido desossiribonucleico), sia i vari tipi di RNA (acido ribonucleico) presenti nella cellula 🧬.
Sintesi proteica e trascrizione: la preparazione del mRNA
Le proteine necessarie alla sopravvivenza e riproduzione delle cellule – che non vengono introdotte dall’esterno – sono infatti codificate all’interno del DNA.
Comincia a sembrarti complicato? Non temere, la sintesi proteica è fondamentalmente composta da due fasi:
- Trascrizione. Dove le informazioni contenute nel DNA vengono copiate grazie ad un filamento di mRNA;
- Traduzione. In cui l’informazione contenuta dai filamenti di mRNA viene trasformata in proteine vere e proprie, grazie ai ribosomi.
Questo è proprio il minimo che devi sapere, ma nei prossimi scroll entreremo più nel dettaglio, altrimenti l’interrogazione o il test non lo passi 😉 Iniziamo!
Il processo della sintesi proteica inizia nel nucleo delle cellule, dove enzimi specifici (anch’essi proteine) si legano alla sezione di DNA richiesta, rendendolo “accessibile” per la copia di RNA.
Come detto, questa prima fase è chiamata trascrizione, dove l’informazione genetica contenuta nel DNA viene copiata in una molecola di RNA messaggero (mRNA). Questo processo avviene nel nucleo delle cellule eucariote, o nel citoplasma delle cellule procariote.
Possiamo immaginarci la fase di trascrizione della sintesi proteica, come quella di un cuoco che ricopia una ricetta (o una porzione della ricetta) per poi prepararla in cucina. Ecco, in questo senso, il DNA è la ricetta e l’mRNA è il cuoco che la copia.
Nella seconda fase scopriremo un altro protagonista di questa metafora. Più chiaro adesso?
Metafora a parte, cerca di ricordare che durante la trascrizione il DNA di un gene funge da “stampo”, mentre un enzima chiamato RNA polimerasi catalizza la formazione di una molecola di pre-mRNA, che viene poi elaborata per formare l’mRNA maturo.
L’mRNA risultante è una copia a singolo filamento del gene, che deve poi essere tradotto in una proteina. Date le sue dimensioni ridotte, questa molecola può uscire dal nucleo e interagire con gli organuli cellulari in cui avviene effettivamente la sintesi delle proteine.
Sintesi proteica e traduzione: la costruzione delle proteine
Come detto, il secondo step è la traduzione.
In questa fase, l’informazione genetica nell’mRNA viene “letta” dai ribosomi, che permettono la sintesi delle proteine della cellula.
Questi leggono i codoni (porzioni specifiche di DNA o RNA) dell’mRNA e aggiungono l’amminoacido corrispondente alla catena proteica in crescita. Tale processo avviene nel citoplasma, sia delle cellule eucariote che procariote ⚛️.
Proseguendo la metafora del cuoco utilizzata poco fa, possiamo dire che:
se il DNA è la ricetta e l’mRNA è il cuoco che la copia, i ribosomi sono la nostra “cucina”, dove le istruzioni inserite daranno luogo a nuove proteine (il piatto finale della nostra ricetta).
Le cellule contengono diversi milioni di ribosomi che si trovano nel citoplasma in forma dispersa.
Essi possono aggregarsi formando polisomi, che sono gruppi di decine di ribosomi coinvolti nella sintesi proteica, oppure essere ancorati alla membrana del reticolo endoplasmatico rugoso (RER).
Durante la fase di traduzione, l’mRNA viene “letto” secondo il codice genetico, che mette in relazione la sequenza del DNA con la sequenza degli aminoacidi nelle proteine 🧬
Ogni gruppo di tre basi azotate nel mRNA costituisce un codone, che specifica un particolare amminoacido (si tratta di un codice a triplette). Gli amminoacidi sono i “mattoncini” che compongono le proteine.
La sequenza di mRNA viene quindi utilizzata come stampo per assemblare – in ordine – la catena di aminoacidi che forma una proteina 🔗.
Qui entra in gioco un’altra variante dell’acido ribonucleico, detta tRNA, o anche RNA transfer. Questa molecola possiede sequenze specifiche, dette anticodoni, che devono completare i codoni corrispondenti nella sequenza di mRNA.
Quando un codone trova il suo anticodone un’estremità si attacca al mRNA mentre l’altra estremità del tRNA viene “caricata” con un amminoacido.
Il processo di costruzione vera e propria delle proteine inizia quando il primo tRNA si lega a una sequenza specifica sul mRNA, nota come “codone di inizio“. Quest’ultimo è composto dalle basi azotate AUG ed è comune a tutte le proteine.
Il tRNA che si lega a tale sequenza ha un ruolo speciale: trasporta l’amminoacido metionina, che sarà il primo amminoacido della catena proteica in formazione.
Una volta che la struttura completa della proteina è formata, si avvicina un’altra molecola di tRNA contenente un amminoacido diverso 🧬.
Questo secondo tRNA, si appaia al codone corrispondente sul mRNA, e il passaggio si ripete finché non si esauriscono tutti i codoni 💯.
Dobbiamo immaginare questo processo di sintesi proteica mentre viene svolto simultaneamente in numerosi ribosomi sparsi in tutto il citoplasma cellulare, in tutte le nostre cellule!
Tale simultaneità permette alla cellula di produrre una vasta gamma di proteine diverse, con una velocità che può raggiungere le centinaia di proteine al secondo ⏱.
Questa incredibile capacità riflette l’importanza vitale delle proteine per il funzionamento e la sopravvivenza della cellula 🦠.
I ribosomi: le “fabbriche” delle proteine
Come avrai capito, i ribosomi svolgono un ruolo fondamentale nel processo di sintesi delle proteine, decodificando le informazioni contenute nel mRNA. Questo processo, tuttavia, varia leggermente tra gli organismi:
- negli eucarioti, il mRNA deve prima maturare e una volta nel citoplasma raggiunge i ribosomi per avviare la sintesi proteica;
- nei procarioti, il processo è più diretto e i ribosomi possono iniziare a “leggere” e tradurre il mRNA mentre questo è ancora in fase di trascrizione.
In entrambi i casi, il ruolo dei ribosomi è cruciale 🧫.
Essi, attraverso la decodifica dell’mRNA, permettono la traduzione delle informazioni genetiche in proteine.
Sebbene varino in dimensioni e composizione tra le diverse specie, la struttura e la funzione dei ribosomi sono rimaste altamente conservate nel corso dell’evoluzione.
Sono composti da RNA e proteine assemblate in due diverse subunità ribosomiali, una maggiore (50S) e una minore (30S).
Ogni subunità esiste separatamente nel citoplasma, ma le due si uniscono sulla molecola di mRNA.
Le subunità ribosomiali contengono proteine e molecole di RNA specializzate, in particolare RNA ribosomiale (rRNA) e RNA transfer (tRNA).
Le molecole di tRNA sono molecole adattatrici e hanno due estremità:
- una può “leggere” il codice a tripletta nel mRNA attraverso l’appaiamento di basi complementari;
- l’altra si attacca a un amminoacido specifico.
L’rRNA, invece, catalizza l’attacco di ogni nuovo amminoacido alla catena in crescita.
A ogni tripletta corrisponde sempre una proteina?
Bisogna notare che non tutte le regioni di una molecola di mRNA corrispondono a specifici amminoacidi 🤔.
In particolare, esiste un’area vicino all’estremità 5′ della molecola nota come regione non tradotta (UTR) o sequenza leader.
Questa porzione dell’mRNA si trova tra il primo nucleotide (unità del DNA o dell’RNA) trascritto e il codone di inizio (la tripletta di nucleotidi AUG) della regione codificante e non ha alcun effetto sulla sequenza degli aminoacidi in una proteina.
Allora perché l’UTR è importante 🔎?
Si è scoperto che la sequenza leader è importante perché contiene un sito di legame con il ribosoma.
Nel mRNA batterico, la 5′ UTR è solitamente corta, mentre nel mRNA umano la lunghezza media della 5′ UTR è di circa 170 nucleotidi.
Questi ultimi possono anche contenere sequenze regolatorie, compresi i siti di legame per le proteine, che possono influenzare la stabilità e l’efficienza traslazionale degli mRNA ⚛️.
Conoscere la sintesi proteica (e non solo)
Bene, siamo arrivati alla fine del nostro breve viaggio. Come abbiamo visto, la sintesi proteica è un processo fondamentale che sottolinea l’importanza delle proteine nel funzionamento delle cellule.
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Ci vediamo presto, alla prossima 📚.
Ciao DoctorZ! 🧡🚀
