La sintesi delle proteine è un meccanismo complesso le cui informazioni sono contenute nella sequenza nucleotidica del DNA e che, con la duplicazione, vengono tramandate alle generazioni successive. La trascrizione del DNA in mRNA assicura la conservazione delle informazioni contenute nei geni e la loro esportazione alle macchine molecolari che dovranno eseguire la traduzione, i ribosomi. L' RNA messaggero è dunque una catena che contiene le sequenze nucleotidiche dell'elica codificante del DNA. Ma come vengono lette tali sequenze per poi tradurle nel linguaggio degli aminoacidi? E' ovvio che non può esserci corrispondenza tra un nucleotide e un aminoacido essendo diversa e largamente insufficiente la "numerosità" dei nucleotidi.
Anche se si considerassero le doppiette, le combinazioni possibili di quattro basi, prese a due a due sarebbe 42 =16, ancora insufficiente per codificare tutti e venti gli aminoacidi.
Accurati studi hanno dimostrato che la sequenza di basi dell'mRNA viene letta a triplette. Le combinazioni possibili sarebbero così 43 = 64, più che sufficienti per codificare i venti aminoacidi. Sulla base di ingegnosi esperimenti scientifici si è potuto alla fine decifrare tutto il codice genetico e le sue proprietà.
Il codice genetico è infatti composto dalle 64 triplette possibili di cui 61 codificanti per un determinato aminoacido e tre di fine lettura o codoni non senso (stop in figura). La tripletta AUG, evidenziata in figura, è ilcodone d'inizio della lettura sia negli eucarioti che nei procarioti. Se però questa tripletta non è all'inizio della lettura, essa codifica per l'aminoacido metionina. Tutte le triplette nell'mRNA prendono il nome di codoni.
La sequenza aminoacidica di una proteina è quindi definita dalla sequenza delle triplette del DNA portate nel citosol dalla sua "fotocopia" rappresentata dall'mRNA.
Il codice genetico non è sovrapposto il che vuol dire che nessun nucleotide fa parte contemporaneamente di più di un codone. Esso viene letto senza punteggiatura. Come è ovvio data la diversa numerosità, non esiste una corrispondenza biunivoca tra triplette e aminoacidi nel senso che ad una tripletta, delle 61, corrisponde un aminoacido ma più aminoacidi possono essere codificati da più di una tripletta. Si dice per questo che il codice è non ambiguo, poiché nessun codone specifica per più di un aminoacido e degenerato, non dando però a questo aggettivo il significato negativo che ha nell'accezione corrente. La degenerazione del codice invece è la caratteristica più sorprendente per la quale per molti aminoacidi la terza base può oscillare liberamente. La degenerazione è, in definitiva, anche un sistema di difesa dalle mutazioni puntiformi spontanee che se colpiscono la terza base possono non alterare la sequenza aminoacidica e quindi la conformazione tridimensionale e l'efficienza della proteina. Il codice è universale.
L’RNA transfer
Le molecole che si incaricano di leggere i codoni e di trasportare i relativi aminoacidi sono i tRNA (RNA transfer). Sono molecole relativamente piccole a singola elica ripiegata in una precisa struttura tridimensionale. Essi sono composti da 73 a 93 nucleotidi.
Una visione bidimensionale è quella della figura sotto in cui si vedono alcune anse. All’estremità 3’ troviamol’ansa dell’aminoacido (meglio visibile nella visione tridimensionale). Essa contiene in tutti i tRNA una tripletta CCA(3’). Essa trasporta un aminoacido legato con legame estere tra il gruppo carbossilico dell’aminoacido e quello ossidrilico del residuo di adenosina. Vedi figura alla pagina successiva.
Essi sono formati da quattro anse che li fanno somigliare ad un trifoglio. Come si vede, il tRNA ha l’ ansa dell’ anticodone che legge l'mRNA in direzione 5'→ 3', per cui cominciano la lettura col nucleotide libero in 3'. L'ansa dell'aminoacido, in terminazione
3' contiene la tripletta CCA, ed è la zona in cui si lega l'aminoacido corrispondente. Le altre anse, chiamate ansa D e ansa TΨC, contengono nucleotidi inusuali come la diidrouridina (D) e la pseudouririna (Ψ) e contribuiscono alle importanti interazioni che mantengono il corretto ripiegamento del transfer.
Struttura tridimensionale del tRNA.
La struttura tridimensionale mostra una forma a L rovesciata ma ci da una migliore visione delle anse dell’aminoacido e quelle dell’anticodone.
I ribosomi : sono le macchine molecolari deputate alla sintesi delle proteine. Gli studi sui ribosomi batterici hanno chiarito molto sia della loro composizione sia del loro ruolo nella sintesi proteica. Essi sono costituiti per il 65% da rRNA e per il 35% da proteine. Sono composti di due subunità diseguali con un coefficiente di sedimentazione rispettivamente di 30S per la subunità minore e di 50S per quella maggiore; le due subunità unite hanno un coefficiente di 70S mentre quelli degli eucarioti hanno una coefficiente di sedimentazione di 80S con subunità di 60S e 40S. I ribosomi possono essere liberi e sparsi nel citosol, come nei procarioti, oppure legati a quel complicato intreccio di canali e di cisterne delimitati da membrane che prende il nome di reticolo endoplasmatico rugoso per la presenza, appunto, dei ribosomi. L'associazione delle due subunità lascia una fessura attraverso la quale passa l'mRNA e lungo la quale il ribosoma si muove durante la sintesi delle catene polipeptidiche. Come si vedrà alla subunità minore si legherà l’mRNA ma il complesso d’inizio sintesi sarà composto da entrambe le subunità che presentano nel loro interno 3 siti importanti chiamatosito A (aminoacilico), sito P (peptidilico) in entrambe le subunità e sito E (sito d’uscita, exit) nella subunità maggiore, 50S.