Riassunto - la trascrizione dal DNA all\'RNA PDF

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Riassunto sulla trascrizione...

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DOGMA CENTRALE Francis Crick nel 1958 enunciò quello che lui stesso definì il dogma centrale della biologia molecolare: il gene è un tratto di DNA contenente le informazioni per la produzione di una catena polipeptidica, ma la proteina non contiene l’informazione per la produzione di altre proteine, dell’RNA o del DNA. L’informazione genetica segue quindi un percorso unidirezionale dal DNA, all’RNA e infine alle proteine o polipeptidi (non viceversa), tramite le molecole adattatrici di RNA transfert. Tale principio solleva due interrogativi: 1. In che modo l’informazione passa dal nucleo al citoplasma? 2. In che rapporto stanno una determinata sequenza nucleotidica del DNA e una determinata sequenza amminoacidica di una proteina? Negli anni Settanta del secolo scorso è stato scoperto un virus, chiamato retrovirus, che ha come materiale genetico una molecola di RNA ed è in grado, nel corso di un’infezione, di ricopiarla in DNA, in quanto possiede un enzima virale detto trascrittasi inversa. In questo caso il fenotipo può cambiare, nonostante il DNA rimanga immutato. Per spiegare in che modo una sequenza di DNA si trasforma nella sequenza di amminoacidi di un polipeptide, Crick suggerì l’ipotesi che esiste una molecola adattatrice (=RNA transfert) capace di legarsi a un amminoacido e di riconoscere una sequenza di nucleotidi. Immaginò che tale molecola fosse divisa in due regioni: una che svolge la funzione di legame e l’altra che svolge la funzione di riconoscimento.

Il DNA contiene l’informazione per la sintesi delle proteine. Il DNA deve essere prima trascritto in una molecola di RNA e poi la molecola di RNA deve essere tradotta in proteina. La trascrizione è il processo attraverso il quale si forma una molecola di RNA a partire da uno stampo di DNA. All’interno di ciascun gene viene trascritto solo il filamento stampo del DNA, mentre il filamento complementare resta non trascritto. Questa differenza funzionale non vale per tutta la molecola di DNA: il filamento che in un gene è stampo, in un altro gene può non esserlo. Vengono quindi tradotte solo alcune porzioni geniche.

Il processo di trascrizione è diviso in tre stadi:  Inizio 1. Nel nucleo della cellula il DNA viene trascritto in una molecola di RNAm. I fattori di trascrizione (= proteine) si legano a particolari sequenze di DNA, dette promotori; 2. Il promotore ordina all’RNA polimerasi: da dove far partire la trascrizione, quale filamento del DNA trascrivere e in quale direzione procedere; 3. Il primo fattore di trascrizione (proteina regolatrice) si lega al promotore

in

corrispondenza

del

TATA

box,

inducendo

un

cambiamento di forma sia di sé stesso dia del DNA; 4. Si forma il complesso di trascrizione grazie al legame tra fattori di trascrizione (come l’RNA polimerasi); 5. L’RNA polimerasi si lega al promotore.  Allungamento 1. La RNA polimerasi, dopo il legame di numerosi fattori di trascrizione, si lega e apre il DNA e legge il filamento stampo in direzione 3’5’; 2. La doppia elica del DNA si apre e le due catene si separano. Una delle due

catene

è

complementare all’informazione

genica originale

codificante. Essa funge da stampo; 3. La RNA polimerasi si sposta lungo il filamento e aggiunge i nuovi nucleotidi all’estremità 3’ del filamento in crescita. La timina viene sostituita con l’uracile. Il filamento di RNA, complementare alla catena-stampo, inizia ad allungarsi. La sintesi del RNA procede dall’estremità 5’ a quella 3’ del gene e non necessita di un primer per dare inizio al processo. L’RNA trascritto è antiparallelo al filamento stampo di DNA;  Terminazione 1. La trascrizione termina quando alla fine di ogni gene si trovano particolari sequenze di basi, dette terminatori. AUG è il codone di inizio, cioè il segnale che avvia la traduzione (o sintesi proteica). Tre codoni (UAA, UAG, UGA) funzionano da segnali di terminazione della traduzione, o codoni di stop;

2. Quando la RNA polimerasi raggiunge il sito di terminazione, il trascritto di RNA si stacca dallo stampo; 3. La molecola di RNAn prodotta va incontro a processi di maturazione e si sposta dal nucleo al citoplasma. Avviene quindi il fenomeno dello splicing, cioè la modifica del nascente pre-mRNA nella quale gli introni sono rimossi e gli esoni vengono uniti. Essa conserva le informazioni per la sintesi proteica; 4. La traduzione avviene al livello dei ribosomi, che scorrono attraverso il filamento di RNAm. I ribosomi riconoscono la sequenza delle basi a gruppi di tre (gruppi=codoni); 5. Ciascun codone viene riconosciuto da un anti-codone complementare sito all’estremità di una particolare molecola chiamata RNA transfert. Quest’ultima porta all’altro suo estremo uno specifico aminoacido; 6. Si crea una catena proteica originata dall’unione degli aminoacidi. Essi seguono l’ordine dei codoni dai quali sono generati. Gli aminoacidi (sono 20 in totale) della catena sono uniti da legami peptidici. Uno stesso

aminoacido

può

essere

codificato

da

triplette

diverse

(ridondanza di informazione). La precisa sequenza degli aminoacidi e il loro ripiegamento determinano la forma, la funzionalità e l’attività della proteina che compongono. Lo studio dei trascritti permette di comprendere quali geni sono attivi e di studiare le espressioni differenziali (si può così comprendere quali geni siano responsabili delle differenze fenotipiche).

PROMOTORE (o primer) = sequenza di DNA con funzioni di controllo alla quale si lega la RNA polimerasi. I promotori possiedono una parte chiamata “sito di inizio”, dalla quale incomincia la trascrizione.  Procarioti: un promotore per ogni serie di geni e si trova situato all’estremità 5’ della regione che codifica una proteina. Tali promotori possiedono 2 sequenze fondamentali:

1) Sequenza

di

riconoscimento,

che

viene

riconosciuta

dall’RNA

polimerasi; 2) TATA box (sequenza di DNA), che si trova più vicino al sito di inizio e in corrispondenza del quale il DNA inizia a denaturarsi per esporre il filamento stampo (ricco di basi ATrottura delle basi a idrogeno).  Eucarioti: un promotore per ciascun gene e l’RNA polimerasi non è in grado di legarsi semplicemente al promotore e di iniziare a trascrivere. Essa infatti si lega al DNA dopo che sul cromosoma si sono associati i fattori di trascrizione. All’interno dei geni di tali cellule si trova di solito il TATA box e le sequenze di cui è composto vengono riconosciute da fattori di trascrizione presenti in tutte le cellule dell’organismo. Altre sequenze dei promotori sono specifiche di particolari geni e vengono riconosciute da fattori di trascrizione presenti

soltanto

in

particolari

tessuti.

Questi

particolari

fattori

di

trascrizione svolgono un ruolo importante nel differenziamento, ossia nella specializzazione delle cellule durante lo sviluppo. Il primo prodotto della trascrizione (trascritto primario) è più lungo dell’mRNA maturo e deve andare incontro a un notevole processo di trasformazione prima di essere tradotto.

La sequenza di nucleotidi che compone l’RNA (e quindi il gene) contiene le informazioni necessarie a ottenere gli amminoacidi: è il linguaggio del codice genetico. Ogni sequenza di tre basi lungo la catena polinucleotidica dell’RNA è un’unità di codice, o codone, e specifica un particolare amminoacido. Ciascun codone è complementare alla corrispondente tripletta di basi nella molecola di DNA su cui è stato trascritto. Il codice genetico crea una corrispondenza tra i codoni e i loro specifici amminoacidi. Ci sono molti più codoni di quanti siano i diversi amminoacidi delle proteine. Un codice rende conto di 4 x 4 x 4 = 64 codoni, più che sufficienti per 20 amminoacidi. Un codice a triplette avrebbe potuto render conto di 4 x 4 x 4 = 64 codoni, più che sufficienti per 20 amminoacidi. Tolti i codoni di inizio e di stop, restano 60 codoni, molti di più di quelli necessari per codificare gli altri 19 amminoacidi: infatti a quasi tutti gli

amminoacidi corrispondono più codoni. Perciò si dice che il codice è degenerato (si intende che è ridondante). Il codice genetico non è però ambiguo: un amminoacido può essere specificato da più codoni, ma un codone può specificare un solo amminoacido. Il codice genetico è (quasi) universale, cioè nella maggior parte delle specie un codone specifica sempre lo stesso amminoacido. Quindi il codice deve essersi affermato in tempi remoti e da allora si è conservato immutato durante tutta l’evoluzione. Si conoscono tuttavia alcune eccezioni: il codice dei mitocondri e dei cloroplasti è un po’ diverso sia rispetto a quello dei procarioti sia delle cellule eucariotiche; in un gruppo di protisti, UAA e UAG codificano la glutammina anziché funzionare da codoni di stop. Il significato di queste differenze non è chiaro, ma sono modeste e rare. Agli inizi degli anni Sessanta, i biologi molecolari sono riusciti a «decrittare» il codice genetico. Il primo passo verso la decifrazione del codice genetico è stato compiuto nel 1961 dai biochimici Marshall W. Nirenberg e J. Heinrich Matthaei, quando

capirono

che

come messaggero potevano

usare un

semplice

polinucleotide artificiale invece che un mRNA naturale. Riuscirono, poi, a identificare il polipeptide codificato da tale messaggero artificiale. Essi usarono un sistema di «sintesi in vitro (in provetta)» per determinare gli amminoacidi specificati da mRNA sintetici di composizione conosciuta.

Si prepara un

estratto di cellule batteriche contenente tutte le componenti necessarie per sintetizzare le proteine, tranne l’mRNA. Si aggiunge alla soluzione un mRNA artificiale contenente solo un’unica base più volte ripetuta. Il polipeptide prodotto è sostituito da un solo amminoacido ripetuto. I due ricercatori prepararono un mRNA artificiale in cui tutte le basi erano costituite dall’uracile (un mRNA sintetico detto, appunto, poli U). Aggiungendo un poli U in una provetta contenente gli ingredienti necessari alla sintesi proteica, si formò una catena polipeptidica tutta composta da un solo tipo di amminoacido: la fenilalanina. In seguito, altri scienziati hanno scoperto che era possibile legare a un ribosoma semplici mRNA artificiali lunghi tre sole basi (ciascuno equivalente a un codone) e che il complesso risultante induceva la formazione di un legame fra il tRNA corrispondente e il suo amminoacido specifico. Così, per esempio, un semplice UUU faceva legare al ribosoma il tRNA che trasportava la fenilalanina.

Dopo questa scoperta è stato relativamente semplice decifrare l’intero codice genetico. Per scoprire l’amminoacido rappresentato da un certo codone, Nirenberg ha ripetuto il suo esperimento usando un campione di mRNA artificiale con quel codone e ha osservato quale amminoacido si andava a legare.

 RNA

messaggeroè

l’intermediario

che

porta

una

copia

delle

informazioni di un tratto di DNA ai ribosomi. Ha una sequenza lineare.  RNA transfertè l’adattatore che porta gli amminoacidi ai ribosomi e li colloca nella posizione corretta grazie a una precisa e complessa struttura tridimensionale. Interagendo con il RNA messaggero, riconosce il suo messaggio genetico ed è in grado di tradurre il linguaggio del DNA in linguaggio delle proteine.  RNA ribosomialeentra a far parte dei ribosomi e permette di realizzare la sintesi proteica. Ha un ruolo strutturale e funzionale....