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Che cosa sono i ribosomi e qual è la loro struttura generale?

I ribosomi sono complessi macromolecolari costituiti da RNA ribosomico (rRNA) e proteine, e rappresentano la sede della sintesi proteica.
Hanno un diametro di circa 15–30 nm (più piccoli nei batteri, più grandi negli eucarioti) e sono composti da due subunità:

• Una subunità minore (responsabile della lettura dell’mRNA);

• Una subunità maggiore (che catalizza la formazione del legame peptidico).

Nei procarioti le subunità sono:

• 30S (contenente l’rRNA 16S);

• 50S (contenente rRNA 23S e 5S);
  che unite formano il ribosoma 70S.

Negli eucarioti le subunità sono:

• 40S (con rRNA 18S);

• 60S (con rRNA 28S, 5.8S e 5S);
  che unite formano il ribosoma 80S.

Le unità “S” (Svedberg) non sono additive, perché rappresentano il coefficiente di sedimentazione, che dipende non solo dalla massa ma anche dalla forma del complesso.

Come avviene la biogenesi dei ribosomi?

La biogenesi ribosomiale è un processo complesso che coinvolge la sintesi e l’assemblaggio di rRNA e proteine ribosomiche.
Nei procarioti, gli rRNA (16S, 23S, 5S) derivano da un trascritto unico che viene poi processato.

Negli eucarioti, la sintesi degli rRNA avviene nel nucleolo, in una regione specifica del DNA chiamata organizzatore del nucleolo (NOR).
Il precursore 45S viene poi tagliato per formare gli rRNA 18S, 5.8S e 28S, mentre il 5S viene trascritto altrove (fuori dal nucleolo).
L’assemblaggio delle subunità ribosomiche avviene nella regione granulare del nucleolo, dove gli rRNA si combinano con le proteine importate dal citoplasma.
Infine, le subunità completate vengono esportate nel citoplasma, dove si uniscono solo durante la traduzione.

Gli ioni bivalenti (come Mg²⁺) sono essenziali per stabilizzare la struttura del ribosoma e per favorire l’unione delle subunità.

Qual è la funzione catalitica dei ribosomi e il ruolo dell’rRNA?

Il ribosoma non è solo una struttura “meccanica”, ma ha anche attività catalitica.
Il centro peptidiltransferasico, responsabile della formazione del legame peptidico tra gli amminoacidi, si trova nella subunità maggiore ed è costituito interamente da rRNA (23S nei procarioti, 28S negli eucarioti).

👉 Questo significa che il ribosoma agisce come un ribozima, cioè un RNA con attività enzimatica.
Le proteine ribosomiche, invece, hanno un ruolo più strutturale e di stabilizzazione.

1. La funzione catalitica del ribosoma è dovuta soprattutto all’rRNA, non alle proteine: il ribosoma è quindi un ribozima(RNA con attività enzimatica). Questo conferma che gli antichi ribosomi potrebbero derivare da un mondo primordiale basato sull’RNA.

Che cos’è il tRNA e qual è la sua funzione principale?

Il tRNA (RNA transfer o RNA di trasporto) è una piccola molecola di RNA (circa 70–90 nucleotidi) che ha la funzione di trasportare gli amminoacidi ai ribosomi durante la traduzione dell’mRNA.
Ogni tRNA è specifico per un solo amminoacido e riconosce un codone sull’mRNA grazie al proprio anticodone.

La funzione del tRNA è quindi duplice:

1. Riconoscere il codone corrispondente sull’mRNA;

2. Trasferire l’amminoacido corretto alla catena polipeptidica nascente, assicurando che la sequenza di amminoacidi corrisponda fedelmente all’informazione genetica.

Qual è la struttura del tRNA?

• Secondaria (trifoglio): se guardi il tRNA “piegato” su carta, appare come un trifoglio a 4 foglie.

  • Ogni “foglia” è un braccio o ansa.

  • Serve a capire quali parti fanno cosa: alcune legano l’amminoacido, altre leggono l’mRNA.

• Terziaria (L rovesciata): in 3D il tRNA si piega formando una L rovesciata.

  • Questo piegamento permette al tRNA di entrare correttamente nel ribosoma e di posizionare l’amminoacido vicino al centro catalitico.

2⃣ I principali bracci del tRNA

1. Braccio accettore (5’-CCA-3’)

   • È l’estremità dove si lega l’amminoacido.

   • Il legame è un legame estereo tra il gruppo carbossilico dell’amminoacido e l’ossidrile della A terminale.

   • In pratica, è come il “portamozzarella” del tRNA: porta l’amminoacido al ribosoma.

2. Ansa D (diidro-uracilica)

   • Contiene basi modificate che aiutano l’enzima amminoacil-tRNA sintetasi a riconoscere il tRNA corretto.

   • Funziona come un codice a barre: permette di sapere quale amminoacido va legato a quel tRNA.

3. Ansa anticodonica

   • Contiene 3 nucleotidi (anticodone) che si appaiano in modo antiparallelo con il codone dell’mRNA.

   • È la parte che “legge” il messaggio genetico.

   • Immagina il codone dell’mRNA come una serratura e l’anticodone come la chiave che si incastra perfettamente.

4. Ansa TΨC (pseudouridina)

   • Contiene una base modificata (pseudouridina, Ψ) e serve a fissare il tRNA al ribosoma, interagendo con l’rRNA della subunità maggiore.

   • È come il gancio che tiene il tRNA in posizione durante la traduzione.

5. Braccio variabile

   • La lunghezza varia da tRNA a tRNA.

   • Serve a mantenere la giusta distanza tra l’estremità accettore (che porta l’amminoacido) e l’anticodone (che legge l’mRNA).

   • In pratica, fa sì che la “L rovesciata” abbia la forma corretta per funzionare nel ribosoma.

Perché serve ATP per legare un amminoacido al suo tRNA e come avviene la reazione?

L’amminoacido, di per sé, non può reagire spontaneamente con un altro amminoacido per formare un legame peptidico.
Questo perché la formazione del legame CO–NH (peptidico) tra due amminoacidi è termodinamicamente sfavorevole: richiederebbe energia.

👉 La cellula “risolve” questo problema attivando l’amminoacido prima che arrivi al ribosoma, legandolo a un tRNA tramite un legame ad alta energia.

L’enzima che lo fa è l’amminoacil-tRNA sintetasi.

🔬FASE 1 – Attivazione dell’amminoacido

Reazione:

Amminoacido+ATP→Amminoacil−AMP+PPi

Cosa succede qui:

1. L’amminoacido entra nel sito attivo dell’amminoacil-tRNA sintetasi.

2. L’enzima usa una molecola di ATP per “attaccare” un gruppo adenilico (AMP) all’amminoacido, formando amminoacil-AMP.

   • Il legame tra l’ossigeno del gruppo carbossilico (–COOH) dell’amminoacido e il fosfato dell’AMP è un legame misto anidride, molto energetico.

3. Il pirofosfato (PPi) che si libera è subito idrolizzato in due fosfati inorganici da un enzima citosolico (pirofosfatasi).

🔥 Perché è importante questa idrolisi:

L’idrolisi del PPi → 2 Pi libera ulteriore energia e rende la reazione irreversibile.
Questo significa che:

• la cellula non può tornare indietro (evita sprechi e inversioni di direzione),

• la reazione procede solo in avanti, garantendo che il tRNA venga caricato correttamente.

🔬 In termini energetici:
La scissione di ATP → AMP + PPi → 2Pi consuma due legami ad alta energia, equivalenti a due molecole di ATP(anche se ne vedi solo una).
Questa energia è “immagazzinata” nel legame tra amminoacido e tRNA.

🔬FASE 2 – Trasferimento dell’amminoacido al tRNA

Reazione:

Amminoacil−AMP+tRNA→Amminoacil−tRNA+AMP

1. Il gruppo 3’-OH (o 2’-OH) del ribosio terminale A (adenosina) del tRNA attacca il gruppo carbonilico (C=O)dell’amminoacil-AMP.

2. Si forma un legame estere tra l’amminoacido e il tRNA → nasce l’amminoacil-tRNA.

3. L’AMP viene rilasciato, chiudendo il ciclo.

🧠 Punto chiave:
Questo legame estere è ad alta energia, proprio come il legame ATP–fosfato.
Quando il ribosoma catalizzerà la formazione del legame peptidico tra due amminoacidi, userà proprio questa energia, senza bisogno di altra ATP.

👉 Quindi, il tRNA “porta con sé” l’energia necessaria per legarsi al prossimo amminoacido!

⚡Energia “riciclata” nel ribosoma

Durante l’allungamento, l’amminoacido legato al tRNA nella posizione P trasferisce il suo gruppo carbossilico a quello amminico del nuovo amminoacido nel sito A.
Questo passaggio non richiede altra ATP, perché l’energia del legame estere del tRNA viene riutilizzata per formare il legame peptidico.

Come si assicura la cellula che ogni tRNA venga caricato con l’amminoacido corretto?

L’accuratezza della traduzione dipende totalmente dalle amminoacil-tRNA sintetasi.
Questi enzimi riconoscono con estrema precisione sia l’amminoacido sia il tRNA corretto grazie a:

• sequenze specifiche (“segnali d’identità”) nel tRNA;

• controlli conformazionali nel sito attivo dell’enzima.

🧩 Meccanismo di correzione (“proofreading”):
Molte sintetasi possiedono un sito di editing che elimina amminoacidi sbagliati legati accidentalmente.
Questo controllo è cruciale: un errore in questa fase si tradurrebbe in un amminoacido errato nella proteina, e il ribosoma non avrebbe modo di correggerlo.

📘 Curiosità:
Alcuni amminoacidi (come la leucina o la serina) hanno più codoni → esistono diversi tRNA caricati dallo stesso enzima, grazie a leggere variazioni nella struttura del tRNA ma stesso amminoacido caricato.

quali sono i segnali di identità del tRNA

I segnali di identità del tRNA sono principalmente la struttura a trifoglio, la sequenza che porta l'anticodone e il sito di attacco dell'**aminoacido all'estremità 3′

Questi elementi permettono al tRNA di riconoscere correttamente l'aminoacido specifico che trasporta e il codone complementare sull'mRNA durante la sintesi proteica. 

Elementi chiave di identità del tRNA

Accettore stelo (acceptor stem):

È la regione all'estremità

3′ dove l'aminoacido specifico si lega covalentemente. Gli enzimi specifici (aminoacil-tRNA sintetasi) riconoscono questa regione, insieme ad altri elementi, per attaccare l'aminoacido corretto. 

• Ansa anticodone:

  Contiene una tripletta di basi nota come anticodone. Questa sequenza si appaia in modo complementare con la tripletta codone sull'mRNA, assicurando che l'aminoacido corretto venga inserito nella catena polipeptidica nascente. 

• Struttura terziaria a forma di "L":

  La struttura secondaria a trifoglio si ripiega in una forma tridimensionale a "L". Questa conformazione è cruciale perché contiene le zone di legame necessarie per l'interazione con i ribosomi e gli altri fattori di traduzione, oltre a contenere gli elementi di identità (stelo accettore e ansa anticodone). 

Cosa significa “fase GTP-dipendente” nella traduzione e qual è la funzione del GTP?

Dopo la fase di attivazione (ATP-dipendente), la traduzione prosegue con tre momenti GTP-dipendenti: inizio, allungamento e terminazione.
In ognuno, l’idrolisi di GTP (guanosina trifosfato) fornisce l’energia necessaria e controlla la tempistica e precisionedei passaggi.

🔬 Il GTP e la sua funzione:

• Il GTP è una molecola simile all’ATP, ma con guanina al posto dell’adenina.

• Quando viene idrolizzato a GDP + Pi, libera energia chimica, utilizzata per cambiare la conformazione delle proteine coinvolte (fattori G).

🧠 Fattori G (proteine GTPasiche):
Sono proteine che “accendono” o “spengono” processi molecolari.
Ogni volta che si lega GTP → la proteina è attiva;
quando lo idrolizza a GDP → torna inattiva.
Questo meccanismo funziona come un interruttore molecolare.

Nella traduzione, i principali fattori GTPasici sono:

• IF2 (inizio) → aiuta il posizionamento del tRNA iniziatore;

• EF-Tu (allungamento) → porta nuovi amminoacil-tRNA al ribosoma;

• EF-G (traslocazione) → sposta il ribosoma lungo l’mRNA.

📘 Perché è importante:
L’uso di GTP garantisce che ogni fase avvenga solo in modo corretto: se un tRNA o un codone non sono corretti, il GTP non viene idrolizzato e il processo si ferma → la cellula evita errori di traduzione.

Cosa significa “base vacillante” e perché è importante per la degenerazione del codice genetico?

Ogni codone dell’mRNA è formato da tre basi che specificano un amminoacido.
L’anticodone del tRNA è complementare a questo codone, ma:

• la prima base dell’anticodone (5’) si appaia con la terza base del codone (3’) in modo meno rigido.

• Questo fenomeno, detto “wobble” o “vacillamento”, fu descritto da Francis Crick (1966).

💡 Significato:

• Il wobble spiega la degenerazione del codice genetico, ossia il fatto che più codoni possono codificare lo stesso amminoacido.

• Alcune basi modificate (come inosina, derivata dall’ipoxantina) presenti nella posizione “vacillante” dell’anticodone possono legarsi a più basi diverse del codone:

  • Inosina (I) ↔ può appaiarsi con U, C o A

  • Ciò permette ad un solo tRNA di riconoscere più codoni sinonimi.

🧪 Conseguenza funzionale:
Il wobble rende la traduzione più efficiente e flessibile, riducendo il numero di tRNA necessari, pur mantenendo l’accuratezza.

Da cosa dipende la stabilità dell’interazione tra codone e anticodone?

La stabilità del legame codone–anticodone dipende da:

1. Numero di legami idrogeno:

   • Le coppie G≡C formano 3 legami → interazione più stabile;

   • Le coppie A=U ne formano 2 → interazione più debole.

2. Presenza di basi modificate nel tRNA (es. inosina, pseudouridina) che modulano la flessibilità.

3. Composizione delle prime due basi del codone:

   • I codoni che iniziano con G e/o C tendono ad avere più sinonimi (più stabili).

   • Quelli che iniziano con A o U hanno minor stabilità e meno degenerazione.

📘 In sintesi:
L’elevata stabilità di accoppiamenti G–C riduce la discriminazione sulla terza base → contribuisce alla non univocità del codice genetico.

Dove si forma il legame peptidico durante la traduzione e qual è il ruolo del tRNA e dell’rRNA?

La formazione del legame peptidico avviene nel centro peptidiltransferasico, situato nella subunità maggiore del ribosoma:

• Nei procarioti → rRNA 23S

• Negli eucarioti → rRNA 28S

👉 Qui, il braccio accettore (3’-CCA) del tRNA posizionato nel sito A si avvicina al gruppo carbossilico dell’amminoacido legato al tRNA nel sito P.
L’rRNA catalizza il trasferimento del gruppo amminico e la formazione del nuovo legame peptidico.

🧠 Importanza:
Questo processo dimostra che l’attività catalitica non è proteica, ma ribozimatica — il ribosoma è quindi un enzima di RNA.

Qual è il ruolo complessivo del tRNA nella traduzione?

Il tRNA:

1. Riceve l’amminoacido corretto (fase ATP-dipendente, grazie all’amminoacil-tRNA sintetasi);

2. Riconosce il codone corrispondente sull’mRNA tramite l’anticodone;

3. Trasferisce il proprio amminoacido alla catena nascente nel sito peptidiltransferasico del ribosoma;

4. Esce poi dal ribosoma (sito E) per essere ricaricato.

È quindi un ponte fisico e chimico tra genotipo (sequenza di mRNA) e fenotipo (proteina).

Cosa significa che la fase di inizio della traduzione è GTP-dipendente?

Il GTP (guanosina trifosfato) è una molecola ad alta energia, simile all’ATP, ma usata principalmente per reazioni di regolazione e di segnalazione.
Nella traduzione, il GTP non serve per “attivare” chimicamente i reagenti (come fa l’ATP), ma per fornire energia e controllo temporale ai passaggi chiave del processo.

💡 In particolare, durante la fase di inizio:

• Il fattore IF2 lega una molecola di GTP.

• Questo complesso IF2–GTP riconosce e porta il tRNA iniziatore (fMet-tRNAᶠᵐᵉᵗ) al sito P della subunità minore del ribosoma.

• Solo dopo il corretto assemblaggio del complesso di inizio, IF2 idrolizza GTP → GDP + Pi, rilasciando energia che:

  • stabilizza il complesso d’inizio,

  • permette la dissociazione di IF2,

  • e “blocca” il ribosoma nella sua forma attiva (70S).

🧠 Analogia: il GTP agisce come una “chiave di sicurezza”: viene speso solo quando tutto è allineato correttamente (mRNA, tRNA e ribosoma).

Perché è importante individuare la corretta cornice di lettura sull’mRNA e come avviene nei procarioti?

L’mRNA contiene una lunga sequenza di basi, ma la traduzione deve iniziare esattamente nel punto giusto per ottenere una proteina corretta.
La cornice di lettura (reading frame) è la suddivisione delle basi in triplette (codoni). Se la traduzione inizia anche solo una base prima o dopo, tutti i codoni successivi risultano sbagliati → proteina completamente diversa.

🔹 Nei procarioti, il ribosoma riconosce il punto d’inizio grazie alla sequenza di Shine-Dalgarno, scoperta nel 1974:

• Sequenza tipica sull’mRNA: 5’-AGGAGGU-3’, situata ~7–10 basi prima del codone di inizio AUG.

• Questa sequenza è complementare a un tratto dell’rRNA 16S della subunità 30S:
  → 3’-UCCUCCA-5’.

• L’appaiamento tra Shine-Dalgarno e rRNA ancora e orienta l’mRNA in modo che il primo AUG (o talvolta GUG) si trovi esattamente nel sito P, garantendo la lettura nella cornice corretta.

Quali sono i fattori di inizio (IF1, IF2, IF3) e quale ruolo svolgono nella traduzione procariotica?

I fattori di inizio (IF) sono proteine regolatrici che coordinano il montaggio del complesso d’inizio.
Agiscono in modo ordinato e cooperativo:

Fattore	Funzione principale
IF1	Si lega alla subunità minore (30S) e impedisce l’accesso prematuro della subunità maggiore, promuovendo la dissociazione dei ribosomi.
IF2	È una GTPasi: lega GTP e il tRNA iniziatore fMet-tRNAᶠᵐᵉᵗ; facilita il corretto posizionamento del tRNA nel sito P e, dopo idrolisi del GTP, si stacca dal complesso.
IF3	Stabilizza la subunità minore separata, impedendo la riassociazione precoce delle subunità; aiuta anche a riconoscere il corretto AUG e a denaturare eventuali strutture secondarie (forcine) nell’mRNA.

🧠 In sintesi:

• IF3 → tiene separate le subunità e prepara la 30S;

• IF1 → blocca siti errati;

• IF2 (GTPasi) → avvia il processo energeticamente.

Quali sono i passaggi chiave nella formazione del complesso d’inizio della traduzione procariotica?

1. IF3 si lega alla subunità 30S, mantenendola dissociata dalla 50S.

2. IF1 si associa anch’esso alla 30S, stabilizzandola.

3. L’mRNA si appaia tramite la sequenza Shine-Dalgarno con l’rRNA 16S → allineamento del codone AUG.

4. IF2–GTP lega il fMet-tRNAᶠᵐᵉᵗ e lo porta al sito P della 30S, esattamente sull’AUG.

5. Dopo il corretto posizionamento:

   • IF3 e IF1 si staccano,

   • la subunità maggiore 50S si unisce alla 30S,

   • IF2 idrolizza GTP, si distacca,

   • il ribosoma completo 70S è pronto.

A questo punto:

• Sito P: occupato dal tRNA con fMet,

• Sito A: libero, pronto a ricevere il secondo amminoacil-tRNA,

• Sito E: disponibile per il tRNA che lascerà il ribosoma.

Perché nei procarioti la sintesi proteica inizia con formil-metionina (fMet) e non con metionina semplice?

Nei procarioti, il primo tRNA che entra nel ribosoma è tRNAᶠᵐᵉᵗ, che trasporta formil-metionina (fMet).
La formilazione (aggiunta di un gruppo formile –CHO) avviene prima dell’inizio della traduzione e serve a bloccare il gruppo amminico libero della metionina, impedendo che reagisca in modo anomalo con altri amminoacidi.

💡 Funzioni principali:

• Garantisce che la catena polipeptidica inizi sempre da un solo punto, in modo ordinato.

• Permette al ribosoma di riconoscere il tRNA di inizio (diverso dal tRNA che riconosce AUG durante l’allungamento).

• Nella fase di allungamento, AUG codifica invece la metionina normale (Met).

📘 Negli eucarioti, non esiste la formilazione: la traduzione inizia direttamente con metionina (Met), ma esiste comunque un tRNA iniziatore specifico distinto da quello elongante.

Come fanno i procarioti ad assicurare che la traduzione inizi nel punto giusto e non in altri AUG casuali?

1. La sequenza Shine-Dalgarno stabilisce l’esatto allineamento con l’rRNA 16S.

2. IF3 impedisce che la subunità maggiore si leghi prima che il corretto AUG sia individuato.

3. L’idrolisi del GTP da parte di IF2 avviene solo se il tRNA iniziatore è posizionato sull’AUG corretto — agisce come check energetico del corretto inizio.

⚙ Risultato:
La traduzione è precisa, irreversibile e unidirezionale, perché l’idrolisi del GTP fornisce l’energia per “sigillare” la decisione d’inizio.

Quali sono le principali differenze tra l’inizio della traduzione nei procarioti e negli eucarioti?

• Procarioti: riconoscimento dell’mRNA tramite sequenza Shine-Dalgarno.

• Eucarioti: il ribosoma 40S riconosce il cap 5’ dell’mRNA e scansiona fino al primo AUG in un contesto di sequenza Kozak.

• Amminoacido iniziale:

  • Procarioti → formil-metionina (fMet)

  • Eucarioti → metionina (Met)

• Fattori di inizio:

  • Procarioti → IF1, IF2, IF3

  • Eucarioti → complesso eIF multiplo (più di 10 proteine)

Che cosa avviene nella fase di allungamento della sintesi proteica?

La fase di allungamento è il ciclo ripetitivo in cui, dopo l’inizio della traduzione, nuovi amminoacil-tRNA entrano nel ribosoma, si legano al codone successivo dell’mRNA e partecipano alla formazione del legame peptidico.
Questo processo:

• avviene nel ribosoma 70S (procarioti),

• è GTP-dipendente,

• e si ripete per ogni codone dell’mRNA finché non si incontra un codone di stop.

🧠 Ogni ciclo di allungamento comprende 3 fasi principali:

1. Ingresso di un nuovo amminoacil-tRNA nel sito A.

2. Formazione del legame peptidico nel centro peptidiltransferasico.

3. Traslocazione del ribosoma lungo l’mRNA per leggere il codone successivo.

Quali sono i fattori di allungamento nei procarioti e quale ruolo svolgono?

I fattori di allungamento (EF) sono proteine GTPasiche che coordinano e regolano con precisione i passaggi energetici durante il ciclo di allungamento della traduzione.

Fattore	Funzione principale
EF-Tu(Temperature unstable)	Trasporta l’amminoacil-tRNA al sito A del ribosoma legato a GTP. Garantisce che solo il tRNA corretto, complementare al codone dell’mRNA, possa entrare nel sito A.
EF-Ts(Temperature stable)	Rigenera EF-Tu dopo l’idrolisi del GTP: sostituisce il GDP con un nuovo GTP, preparando EF-Tu per il ciclo successivo.
EF-G(traslocasi)	Utilizza GTP per promuovere lo slittamento del ribosoma di una tripletta sull’mRNA, spostando i tRNA nei siti successivi (A → P → E) e liberando il sito A per il prossimo tRNA.

🧪 Ruolo del GTP:
L’idrolisi del GTP fornisce energia controllata ad ogni fase critica del ciclo di allungamento. Agisce come un “controllo di qualità energetico”, assicurando che ciascun passaggio (ingresso del tRNA, formazione del legame peptidico, traslocazione) avvenga solo se il passaggio precedente è stato completato correttamente, aumentando precisione ed efficienza della traduzione.

Come arriva il nuovo amminoacil-tRNA al ribosoma e come si assicura la correttezza del suo anticodone?

1. Formazione del complesso EF-Tu–GTP–amminoacil-tRNA

   • Nel citoplasma, l’amminoacil-tRNA viene legato al fattore di allungamento EF-Tu, che a sua volta è legato a GTP.

   • Questo complesso mantiene il tRNA “protetto” e pronto per essere consegnato al ribosoma.

2. Riconoscimento del codone

   • Il complesso si posiziona sul sito A del ribosoma.

   • Se l’anticodone del tRNA è complementare al codone dell’mRNA, il ribosoma induce un cambiamento conformazionale in EF-Tu.

3. Idrolisi del GTP e rilascio di EF-Tu

   • Questo cambiamento conformazionale attiva l’idrolisi del GTP → GDP + Pi.

   • L’energia liberata dall’idrolisi conferma che il tRNA corretto è posizionato, permettendo a EF-Tu–GDP di staccarsi dal ribosoma.

   • L’amminoacil-tRNA rimane nel sito A, pronto per partecipare alla formazione del legame peptidico.

4. Proofreading e controllo qualità

   • Se il tRNA è sbagliato, il codone-anticodone non si appaia correttamente:

     • EF-Tu non idrolizza GTP,

     • il tRNA errato viene rilasciato insieme a EF-Tu → meccanismo di correzione degli errori.

   • Questo garantisce un’alta fedeltà nella lettura del messaggero.

5. Rigenerazione di EF-Tu

   • Dopo l’idrolisi, EF-Tu è legato a GDP e non può trasportare un nuovo tRNA.

   • Il fattore EF-Ts lo rigenera: sostituisce il GDP con un nuovo GTP, rendendo EF-Tu nuovamente attivo per il ciclo successivo.

💡 Sintesi concettuale:

• EF-Tu è il “corriere energetico” del tRNA: trasporta, verifica e rilascia solo il tRNA corretto.

• L’idrolisi del GTP è il segnale di conferma del corretto appaiamento codone–anticodone.

• EF-Ts è il “ricaricatore” che mantiene EF-Tu operativo per i tRNA successivi.

Come si forma il legame peptidico durante l’allungamento?

Il legame peptidico si forma nel centro peptidiltransferasico della subunità maggiore (50S), dove l’rRNA 23S agisce da ribozima catalitico.

🔹 Meccanismo:

• Il gruppo –NH₂ dell’amminoacido legato al tRNA nel sito A attacca il gruppo –COOH dell’amminoacido legato al tRNA nel sito P.

• Si forma un nuovo legame peptidico e la catena si trasferisce sul tRNA del sito A.

• Il tRNA nel sito P resta “scarico” (senza amminoacido).

⚡ Energia del legame:
La reazione sfrutta l’energia del legame estere formata precedentemente tra amminoacido e tRNA durante la fase ATP-dipendente → per questo non serve nuova energia da GTP in questo passaggio.

📈 Direzionalità:

• La catena cresce sempre da NH₂ → COOH,

• e l’mRNA viene letto da 5’ → 3’.

Cosa succede dopo la formazione del legame peptidico?

Dopo la formazione del legame peptidico, il ribosoma deve scorrere sull’mRNA di una tripletta per continuare la traduzione.
Questo movimento è chiamato traslocazione, ed è mediato dal fattore EF-G, che idrolizza GTP.

🔹 Passaggi:

1. EF-G–GTP si lega al ribosoma.

2. L’idrolisi del GTP induce un cambiamento conformazionale che spinge:

   • il tRNA con il peptide nascente dal sito A → P,

   • il tRNA “scarico” dal sito P → E (Exit).

3. Il tRNA nel sito E esce dal ribosoma.

4. Il sito A è ora libero per accogliere un nuovo amminoacil-tRNA → ciclo successivo.

💡 Energeticamente:
Ogni ciclo di allungamento consuma 2 GTP:

• 1 per EF-Tu (ingresso tRNA),

• 1 per EF-G (traslocazione).

Perché il codone AUG, che inizialmente codifica per la formil-metionina, viene poi riconosciuto come metionina normale durante l’allungamento?

Durante l’inizio, l’AUG viene riconosciuto da un tRNA speciale: tRNAᶠᴹᵉᵗ, che trasporta formil-metionina (fMet) e viene portato al sito P da IF2.

Durante l’allungamento, lo stesso codone AUG (se appare più avanti nell’mRNA) viene riconosciuto da un tRNA diverso: tRNAᴹᵉᵗ, che porta metionina non formilata.
Questo avviene perché:

• Il tRNAᶠᴹᵉᵗ ha una struttura differente che lo rende compatibile solo con il sito P, non con il sito A.

• Il tRNAᴹᵉᵗ invece si adatta al sito A grazie a EF-Tu, che lo riconosce e lo accompagna nel ribosoma.

🧪 Inoltre, nel tRNAᶠᴹᵉᵗ, la base C all’estremità 5’ non forma legami idrogeno con la base opposta (A), rendendolo strutturalmente incompatibile con l’ingresso nel sito A.

Quanta energia serve e in che direzione avviene la traduzione durante l’allungamento?

• Energia totale per ciclo:

  • 1 ATP (per legare l’amminoacido al tRNA → fase ATP-dipendente);

  • 1 GTP per l’ingresso dell’amminoacil-tRNA (EF-Tu);

  • 1 GTP per la traslocazione del ribosoma (EF-G).
    → Totale: 3 legami fosfato ad alta energia per ogni amminoacido aggiunto.

📈 Direzionalità:

• La catena polipeptidica cresce da N-terminale (NH₂) a C-terminale (COOH);

• L’mRNA viene letto da 5’ → 3’;

• I tRNA si muovono nel ribosoma da A → P → E.

🧠 Risultato finale:
Un processo altamente coordinato, preciso e irreversibile, che converte l’informazione genetica in sequenza amminoacidica con efficienza quasi perfetta.

Cosa succede quando il ribosoma incontra un codone di stop e quali fattori intervengono?

• I codoni di stop (UAA, UAG, UGA) non codificano per nessun amminoacido, quindi non esistono tRNA corrispondenti.

• Quando il ribosoma li incontra, intervengono i fattori di rilascio (RF):

  • RF1: riconosce i codoni UAA e UAG. Si lega al sito A del ribosoma e induce un cambiamento nel centro peptidiltransferasico (PTC) che permette di rompere il legame tRNA–catena polipeptidica.

  • RF2: riconosce i codoni UAA e UGA; funziona come RF1 ma con codoni diversi.

  • RF3: una proteina GTPasica. Non riconosce direttamente il codone, ma stimola la dissociazione di RF1/RF2 dopo la liberazione della proteina, usando l’energia dell’idrolisi del GTP.

🔹 Funzione complessiva: segnalare la fine della traduzione e preparare il ribosoma per la liberazione della catena polipeptidica.

Come viene liberata la proteina dal ribosoma?

• Quando RF1 o RF2 sono legati al sito A, attivano il centro peptidiltransferasico (PTC) della subunità maggiore (50S).

• Il PTC non forma un nuovo legame peptidico come durante l’allungamento, ma invece catalizza l’idrolisi del legame estere che unisce la catena polipeptidica al tRNA nel sito P.

• Questa reazione libera la proteina nascente nel citoplasma.

• L’energia necessaria non viene da GTP o ATP, ma dal legame ad alta energia tra l’amminoacido e il tRNA, che era stato formato durante l’attivazione dell’amminoacido (fase ATP-dipendente).

• Dopo che la catena è stata rilasciata, entra in azione RF3, che idrolizza GTP per far staccare RF1/RF2 dal ribosoma, preparando la macchina traduttiva al riciclo.

🧠 Idea chiave:
Il ribosoma usa l’energia “conservata” nel legame tRNA–amminoacido per tagliare l’ultimo legame e liberare la proteina: è un processo elegante e autosufficiente, non richiede ulteriore energia esterna.

Come viene smontato e riciclato il ribosoma dopo la terminazione?

• Una volta rilasciata la proteina, il ribosoma è ancora legato all’mRNA e al tRNA scarico nel sito P.

• Qui entra in azione il Ribosome Recycling Factor (RRF).

  • L’RRF si lega al sito A e simula la presenza di un tRNA, ma la sua funzione è meccanica: aiuta a “spingere fuori” il tRNA e a separare le due subunità ribosomiali.

• Il processo è assistito da EF-G, un altro fattore GTPasico (lo stesso che partecipa alla traslocazione durante l’allungamento).

  • EF-G usa l’energia dell’idrolisi del GTP per promuovere il distacco delle subunità 50S e 30S.

• A questo punto:

  • La subunità 30S rilascia l’mRNA.

  • I tRNA scarichi vengono liberati.

  • Entrambe le subunità ribosomiali possono iniziare un nuovo ciclo traduttivo.

🧠 Idea chiave:
RRF ed EF-G agiscono come “meccanici molecolari”: usano energia da GTP per smontare il ribosoma in modo ordinato, evitando che resti bloccato su un mRNA ormai tradotto.

Cosa sono i polisomi e che ruolo hanno nella sintesi proteica?

• I polisomi (o poliribosomi) sono strutture in cui più ribosomi traducono contemporaneamente lo stesso mRNA.

• Mentre un ribosoma termina la sintesi, altri più indietro stanno ancora traducendo la stessa sequenza.

• Questo permette di sfruttare un singolo mRNA per produrre molte copie di una proteina in poco tempo.

• Nei procarioti, ciò è particolarmente efficiente perché la trascrizione e la traduzione avvengono nello stesso luogo e quasi nello stesso momento: un nuovo ribosoma può legarsi all’mRNA mentre questo viene ancora sintetizzato.

• Inoltre, gli mRNA batterici hanno vita breve (poche ore o minuti), quindi questo sistema serve a massimizzare la resa proteica prima che la molecola si degradi.

🧠 Idea chiave:
I polisomi rendono la traduzione veloce, efficiente e coordinata, permettendo alla cellula di produrre molte proteine da un solo messaggio genetico in tempi rapidissimi.

Quali sono le fasi chiave e le funzioni dei fattori nella terminazione della traduzione?

1. Riconoscimento del segnale di stop:

   • RF1 o RF2 si legano al codone di stop nel sito A del ribosoma.

2. Idrolisi del legame tRNA–catena:

   • Il centro peptidiltransferasico rompe il legame estere, liberando la proteina.

3. Distacco dei fattori di rilascio:

   • RF3 idrolizza GTP e rimuove RF1/RF2 dal ribosoma.

4. Smontaggio del complesso:

   • RRF ed EF-G, usando GTP, separano le subunità ribosomiali e liberano mRNA e tRNA.

5. Riuso delle subunità:

   • Le subunità ribosomiali vengono riciclate per nuove traduzioni.

6. Polisomi:

   • Più ribosomi traducono contemporaneamente lo stesso mRNA per aumentare la produzione proteica.