Una delle funzioni più importanti delle cellule viventi è quella di produrre le proteine necessarie alla sopravvivenza di un organismo. Le proteine danno forma e struttura a un organismo e, come enzimi, regolano l'attività biologica. Per produrre proteine, una cellula ha bisogno di leggere e interpretare le informazioni genetiche immagazzinate nel suo acido desossiribonucleico, o DNA. I siti della sintesi proteica cellulare sono i ribosomi, che possono essere liberi o legati. L'importanza del ribosoma libero è che la sintesi proteica inizia lì.
DNA e RNA
Il DNA è una lunga catena molecolare composta da zuccheri alternati e gruppi fosfato. Una delle quattro possibili basi nucleotidiche contenenti azoto - A, C, T e G - pende da ogni zucchero. La sequenza delle basi lungo il filamento di DNA determina la sequenza degli amminoacidi che formano le proteine. L'acido ribonucleico, o RNA, trasmette una copia complementare di una porzione di una molecola di DNA - un gene - ai ribosomi, che sono minuscoli granuli composti da RNA e proteine. L'RNA assomiglia al DNA, tranne per il fatto che i suoi gruppi zuccherini contengono un atomo di ossigeno in più e sostituisce la base del nucleotide U con la base T del DNA. I ribosomi creano proteine in base alle informazioni memorizzate nell'RNA messaggero o mRNA.
Codifica complementare
Le regole per la trascrizione del DNA in RNA specificano una corrispondenza tra basi sul gene e basi sull'mRNA. Ad esempio, una base A in un gene specifica una base U nel filamento di mRNA. Allo stesso modo, le basi T, C e G di un gene specificano le basi A, G e C, rispettivamente, nell'mRNA. L'informazione genetica contenuta nell'mRNA assume la forma di triplette di basi nucleotidiche chiamate codoni. Ad esempio, la tripletta di DNA TAA crea la tripletta di RNA UTT. I filamenti di DNA e RNA contengono quindi informazioni complementari, ma uniche, codificate nella sequenza delle basi nucleotidiche. Quasi ogni tripletta codifica per uno specifico amminoacido, sebbene alcune triplette specifichino la fine di un gene. Diverse triplette diverse possono codificare per lo stesso amminoacido.
ribosomi
La cellula produce ribosomi direttamente dall'RNA ribosomiale, o rRNA, codificato da specifici geni del DNA. L'rRNA si combina con le proteine per formare subunità grandi e piccole. Le due subunità si uniscono solo durante la sintesi proteica. In una cellula procariotica, cioè una cellula senza un nucleo organizzato, le subunità ribosomiali fluttuano liberamente all'interno del liquido cellulare, o citosol. Negli eucarioti, gli enzimi nel nucleo di una cellula costruiscono subunità ribosomiali. Il nucleo quindi esporta le subunità nel citosol. Alcuni ribosomi possono legarsi temporaneamente a un organello cellulare chiamato reticolo endoplasmatico, o ER, durante la costruzione delle proteine, mentre altri ribosomi rimangono liberi mentre sintetizzano le proteine.
Traduzione
La subunità più piccola di un ribosoma libero afferra un filamento di mRNA per iniziare la sintesi proteica. La subunità più grande si aggancia e inizia a tradurre ogni codone di mRNA. Ciò comporta l'esposizione e il posizionamento di ciascun codone dell'mRNA in modo che gli enzimi possano identificare e attaccare l'amminoacido corrispondente al codone corrente. Una molecola di RNA di trasferimento, o tRNA, con un anti-codone complementare si blocca nella subunità più grande, il suo amminoacido designato al seguito. Gli enzimi trasferiscono quindi l'amminoacido alla catena proteica in crescita, espellono il tRNA esaurito per il riutilizzo ed espongono il successivo codone di mRNA. Al termine, il ribosoma rilascia la nuova proteina e le due subunità si dissociano.