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DNA: dai nucleotidi alle proteine

Il DNA è il codice contenente le istruzioni della struttura e della funzione biologica di ciascun organismo e queste istruzioni sono eseguite dalle proteine.

In altre parole la successione delle basi azotate del DNA determina la sequenza amminoacidica di una proteina. Questo processo è possibile tramite l’RNA (acido ribonucleico).
La cosa fu presto chiara già a partire dalla seconda metà del secolo scorso. Infatti l’RNA si trova nel citosol delle cellule, ed è qui che avviene la maggior parte della sintesi proteica.
Inoltre quando una cellula batterica è infettata da un batteriofago che contiene DNA, da esso si comincia subito a produrre RNA prima che avvenga la sintesi proteica.

Il processo di formazione delle proteine richiede in realtà 3 tipi di RNA.

Cominciamo dall’RNA messaggero (mRNA).

Detto molto semplicemente, le molecole di RNA messaggero non sono che una trascrizione di sequenze nucleotidiche codificate nel DNA.
E’ una sorta di “copia di lavoro” dell’informazione genetica, necessaria perché essa sia portata dal nucleo della cellula (dove c’è il DNA) al citosol, dove avviene la sintesi delle proteine.
Sul DNA ci sono particolari sequenze nucleotidiche dette promotori che segnalano da dove bisogna partire per sintetizzare RNA. Poi ci sono le sequenze di terminazione, che sono il segnale d’arresto.
Quando l’informazione è stata completamente trascritta sull’RNA, esso è necessario per dettare la sequenza di amminoacidi delle proteine.
Quando l’RNA ha terminato il suo compito, esso si scompone.

Quindi i nucleotidi sono il codice genetico amminoacidi.
Ma come è possibile se i nucleotidi del DNA e dell’RNA sono di quattro tipi, mentre le proteine contengono 20 tipi di amminoacidi differenti?
Il fatto è che – come invece sarebbe istintivo pensare - non è che ad ogni nucleotide corrisponde un amminoacido.
Se infatti un nucleotide codificasse un amminoacido, sarebbero possibili solo quattro amminoacidi. Allo stesso modo, se due nucleotidi codificassero un amminoacido, ce ne sarebbero invece solo 16.
La verità è dunque che un amminoacido viene codificato da tre nucleotidi (una tripletta) in sequenza, detta codone.

Ormai conosciamo bene anche a quale amminoacido corrisponde ciascun codone.
Molti amminoacidi corrispondono a più di un codone, e delle 64 combinazioni possibili 61 determinano amminoacidi e tre sono segnali di arresto.

Ma come può l’informazione dell’mRNA produrre gli amminoacidi di una catena polipeptidica?
Una volta che tutto è stato trascritto sull’mRNA, ne servono altri due: l’RNA ribosomiale e di trasporto, che differiscono dall’mRNA sia per struttura che per funzione.

L’RNA ribosomiale (rRNA) è contenuto nei ribosomi, che sono i siti della sintesi proteica.
Il ribosoma è formato da due sub-unità: una più grande a cui si lega l’RNA di trasporto (in due punti specifici detti P ed A), ed una più piccola a cui si lega l’RNA messaggero.
L’RNA di trasporto è come un dizionario bilingue, attraverso il quale dai nucleotidi si passa agli amminoacidi e quindi alle proteine.
Esiste una molecola di tRNA per ciascun amminoacido. Ognuna ha una forma a trifoglio.
Ad una delle estremità si trova il sito d’attacco per il suo amminoacido specifico.
Un altro sito d’attacco si trova sul “petalo centrale del trifoglio” costituito da tre nucleotidi, detto anticodone, complementare ad uno specifico codone di mRNA.
Sul tRNA vi è una terza regione che deve fungere da riconoscimento per l’enzima amminoacidil-tRNA-sintetasi. Di questi enzimi ce ne sono molti nella cellula, con un sito di legame per un amminoacido e per la specifica molecola di tRNA.

Dopo aver saputo tutto questo, vediamo per bene come avviene il meccanismo di traduzione da nucleotidi ad amminoacidi.
Il materiale genetico è trascritto sull’mRNA.

A questo punto inizia la traduzione, che avviene in tre fasi.
1) Inizio. L’mRNA si attacca – con una delle su estremità - alla zona più piccola del ribosoma, ponendo in evidenza il primo codone del filamento. A questo codone si lega la prima molecola di t-RNA, in corrispondenza del suo anticodone. A questo punto la sub-unità più piccola del ribosoma, il t-RNA d’inizio e l’mRNA vengono detti complesso di inizio. Avvenuto questo, la sub-unità più grossa del ribosoma si attacca a quella più piccola. Il tRNA d’inizio si attacca a sua volta alla parte più grossa del ribosoma, in una zona particolare, detta P (da “peptide”). Si forma il primo amminoacido.
2) Allungamento. A questo punto, il secondo codone dell’mRNA si colloca di fronte ad un’altra zona del ribosoma più grosso, detta A (amminoacile). Un altro tRNA si lega al secondo codone di mRNA (ad esso complementare), occupando la zona A. Si forma il secondo amminoacido, che si lega al primo. Il primo tRNA viene allora liberato. Il ribosoma sposta l’mRNA ed il secondo tRNA, a cui sono attaccati primo e secondo amminoacido, passa dalle posizione A alla P. Un terzo complesso amminoacido-tRNA si sposta allora nella posizione A, e così via: l’operazione si ripete.
3) Terminazione. Tutto si ferma arrivati alla tripletta di terminazione dell’mRNA, alla quale nessun tRNA si adatta.

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