Non appena l’RNA è uscito dalla RNAP e c’è spazio sufficiente per ospitare un ribosoma, la traduzione può iniziare nei procarioti. Infatti, per i geni altamente espressi, non sarebbe insolito vedere più RNA polimerasi che trascrivono il DNA e più ribosomi su ciascuno dei trascritti che traducono l’mRNA in proteine! Il processo inizia con la piccola subunità ribosomiale (e solo la piccola subunità – se è attaccata alla grande subunità, non è in grado di legare l’mRNA), che si lega all’mRNA in modo lasco e inizia a scansionarlo per una sequenza di riconoscimento chiamata sequenza Shine-Dalgarno, dal nome dei suoi scopritori. Una volta che questa viene riconosciuta dalla piccola subunità ribosomiale rRNA, la piccola subunità si posiziona intorno al codone di inizio (AUG). Questo processo è facilitato da fattori di iniziazione come segue.

La subunità ribosomiale 30S si dissocia dalla subunità ribosomiale 50S se era associata ad una, e si lega ai fattori di iniziazione IF-1 e IF-3. IF-1 si lega al sito A, dove impedisce alle nuove molecole di aminoacil-tRNA di entrare prima che il ribosoma completo sia assemblato. Facilita anche l’assemblaggio e la stabilizzazione del complesso di iniziazione. IF-3 è necessario per permettere alla subunità 30S di legarsi all’mRNA. Una volta che questo è avvenuto, IF-2-GTP arriva sulla scena, portando con sé l’iniziatore aminoacil-tRNA. Questo si deposita nel sito P, che è posizionato in modo che l’anticodone del tRNA si depositi sul codone di inizio AUG dell’mRNA. L’idrolisi del GTP attaccato a IF-2 e il rilascio di tutti i fattori di iniziazione sono necessari per permettere alla subunità 50S di legarsi alla subunità 30S per formare il ribosoma completo e completamente funzionale. Poiché è stata richiesta l’idrolisi del GTP, l’unione delle subunità è irreversibile spontaneamente, e richiede un dispendio di energia al termine della traduzione. Una volta che la subunità 50S si unisce con la subunità 30S, il sito A è pronto ad accettare il prossimo aminoacil-tRNA.

Un comune e comprensibile equivoco è che il nuovo aminoacido portato al ribosoma viene aggiunto alla catena polipeptidica in crescita. In realtà, il meccanismo è esattamente il contrario: il polipeptide viene aggiunto al nuovo amminoacido (Figura \(\PageIndex{4})). Questo inizia dal secondo aminoacido da aggiungere ad una nuova proteina (Figura \(\PageIndex{5}}). Il primo aminoacido, una metionina, dovreste ricordare, è arrivato insieme a IF-2 e al tRNA iniziatore. Il nuovo aminoacil-tRNA è scortato da EF-Tu, un fattore di allungamento che trasporta un GTP. Una volta che l’aa-tRNA è in posizione, EF-Tu idrolizza il GTP e si dissocia dall’aminoacil-tRNA e dal ribosoma.

Quando un nuovo aminoacil-tRNA scende nello slot A del ribosoma, l’anticodone è allineato con il codone del mRNA. Se non c’è complementarità, l’aminoacil-tRNA esce presto dallo slot per essere sostituito da un altro candidato. Tuttavia, se c’è complementarità (o qualcosa di abbastanza vicino, ricordando l’idea dell’oscillazione) allora si formano legami H tra il codone e l’anticodone, il tRNA cambia conformazione, che sposta la conformazione di EF-Tu, causando l’idrolisi di GTP a GDP + Pi, e il rilascio dall’aa-tRNA. L’interazione codone-anticodone è stabile abbastanza a lungo perché l’attività catalitica del ribosoma idrolizzi il legame tra fMet e il tRNAf nello slot P, e attacchi il fMet al nuovo amminoacido con un legame peptidico nello slot A. Il nuovo amminoacido è ancora attaccato al suo tRNA, e mentre questo processo avviene, il ribosoma sposta la posizione rispetto all’mRNA e ai tRNA. Questo mette il tRNAf ora vuoto (nessun aminoacido attaccato) nello slot E, il tRNAaa nello slot P, attaccato a quell’aa che è legato al Met, e lo slot A è di nuovo aperto per l’arrivo di un nuovo tRNA. Il fattore di allungamento EF-G si lega vicino allo slot A non appena EF-Tu se ne va, ed è necessario per la traslocazione ribosomiale, fornendo energia per il processo idrolizzando un GTP che porta con sé al ribosoma. Dalle esperienze dei miei studenti, il modo migliore per imparare questo sembra essere quello di studiare i diagrammi e vedere i movimenti delle molecole, riempiendo i dettagli meccanicistici nella vostra mente. Questo processo continua fino a quando il ribosoma porta lo slot A in linea con un codone di stop.

Non c’è un tRNA con un anticodone per il codone di stop. Invece, c’è un insieme di fattori di rilascio che entrano nel sito A del ribosoma, si legano al codone di stop e attivano il ribosoma per tagliare il legame tra la catena polipeptidica e l’ultimo tRNA (Figura \(\PageIndex{6}}). A seconda di quale codone di stop è presente o RF1 (riconosce UAA o UAG) o RF2 (per UAA o UGA) entra prima nello slot A. RF1 o RF2 si complessano con RF3, che è coinvolto nel successivo rilascio del complesso RF dallo slot A. Questo è necessario perché una volta che il polipeptide è stato rilasciato dal ribosoma, l’mRNA deve essere rilasciato. Anche il fattore di rilascio del ribosoma (RRF) si lega nello slot A, che causa un cambiamento conformazionale nel ribosoma rilasciando il tRNA precedente e ora vuoto. Infine, EF-G si lega a RRF e, con l’idrolisi di GTP che lo accompagna, provoca la dissociazione del ribosoma in subunità grandi e piccole separate. Si noti che è la combinazione di EF-G/RRF che causa la dissociazione; EF-G da solo gioca un ruolo diverso nel movimento del ribosoma quando non si trova al codone di stop.