Sintesi proteica - Trascrizione, maturazione, traduzione

Il ruolo del DNA

Un’altra delle proprietà fondamentali del DNA è quella di contenere le informazioni per la sintesi delle proteine (=le proteine hanno molteplici funzioni/ruoli, e ce n’è costantemente bisogno. Id fatto, non hanno una vita lunga, e per questo hanno bisogno di essere rinnovate continuamente).

Genotipo e fenotipo

Gli esseri viventi presentano il genotipo=portano geni nel loro DNA, ovvero porzioni di DNA codificanti, che permette la sintesi di una proteina=ovvero il fenotipo.

Dunque, il gene come fa a manifestarsi con un carattere fenotipico? Si realizza attraverso la presenza o assenza di una certa proteina, oppure la presenza di una proteina diversa.

La sequenza di amminoacidi della proteina è legata alla sequenza delle basi azotate del gene, la quale comanda la sintesi di una proteina piuttosto di un’altra. Per questo che possiamo avere un enzima e dunque specifiche reazioni (ad esempio ho un seme verde, fenotipo, questo significa che tutte quelle reazioni che portano ad avere un fenotipo verde sono stabilite da un enzima. Se invece questo enzima non viene codificato, il seme sarà giallo piuttosto che verde).

Sintesi proteica e genotipo

La sintesi delle proteine non è fine a sé stessa: è l’elemento fondamentale per esprimere il genotipo=è la base della vita e dell’evoluzione della specie (esperimento Miller-Urey: ricreano l’atmosfera primordiale e ottengono amminoacidi

Non tutto il nostro genoma è codificante: esistono gli introni non codificanti (si conosce la presenza id queste zone non codificanti, ma la loro funzione ancora non è chiara, ma a qualcosa sicuramente servono, altrimenti si parla di contraddizione biologica).

Trascrizione del DNA

Per arrivare alla proteina sono necessari diversi passaggi: il DNA deve essere prima trascritto in una molecola di RNA che successivamente viene tradotta in una proteina.

Il testo/alfabeto genico: DNA---> viene trascritto in un’altra ‘’calligrafia’’: l’mRNA, che è diverso dal DNA, ma complementare.

Questo passaggio è fondamentale, perché il DNA non si muove: sta fermo nel nucleo. L'mRNA porta le informazioni dal nucleo, dove si trova il DNA, ai ribosomi: la sequenza di mRNA è scritta in un’altra ‘’calligrafia’’ complementare alla sequenza delle basi azotate. L'mRNA di seguito trasporta la sequenza ai ribosomi, dove viene tradotta in un’altra ‘’lingua’’: quella dell’RNA. Bisogna però prima trovare il punto di traduzione della sequenza complementare al DNA, per ottenere amminoacidi: entra in gioco il tRNA.

1)Inizio della trascrizione: La trascrizione del DNA in mRNA (messaggero) avviene nel nucleo della cellula ed inizia con il legame di alcune proteine, chiamate fattori di trascrizione, a particolari sequenze di DNA, dette promotori.

Queste sequenze di DNA comandano l’inizio della trascrizione, poiché qua la RNA polimerasi si lega perché riconosciuta. I promontori generalmente a monte del gene che deve essere trascritto. I promotori sono importanti sequenze di controllo che ''dicono'' all’RNA polimerasi tre cose: da dove far partire la trascrizione, quale filamento del DNA trascrivere e in quale direzione procedere.

Questo passaggio è fondamentale, perché l’RNA polimerasi, attraverso la quale avviene la trascrizione (aggiunge nucleotidi complementari al filamento che viene trascritto), negli eucarioti non è in grado di legarsi semplicemente al promotore e di iniziare a trascrivere; essa infatti si lega al DNA soltanto dopo che sul cromosoma si sono associate varie proteine regolatrici dette fattori di trascrizione.

Generalmente, il fattore di trascrizione riconosce una sequenza ricca di coppie basi AT (TATA box. Altre sequenze dei promotori sono specifiche di particolari geni.

Allungamento e maturazione dell'RNA

2) Allungamento: La doppia elica del DNA si apre/si srotola (grazie all’azione dell’RNA polimerasi) e le due catene si separano (vengono rotti i legami a idrogeno tra le basi azotate): si viene a formare una bolla, ma non di duplicazione. Di fatto, partecipano due enzimi diversi: nella duplicazione la DNA polimerasi , nella trascrizione l’RNA polimerasi.

Otteniamo due filamenti di DNA separati, ma solo uno viene trascritto: ovvero quello complementare all’informazione genica originale= quello della cellula madre (durante la duplicazione si forma un filamento ex novo prendendo come stampo quello originale proveniente direttamente dalla cellula madre).

Utilizzando quindi questa catena come stampo, l’enzima RNA polimerasi, inizierà ad inserire i nucleotidi (come la DNA polimerasi, solo che non necessita un primer): lo zucchero è il ribosio, e le basi azotate sono la guanina, la citosina, l’adenina e l’uracile.

Inizia la lettura da parte dell’RNA polimerasi delle basi azotate, dal promotore in poi. Il DNA verrà poi trascritto fino a un determinato punto di fine: ovvero dove inizia un altro gene. Alla fine di ogni gene si trovano di fatto particolari sequenze di basi dette terminatori: causano il distacco dell’RNA polimerasi

Attraverso l’aggiunta di un nucleotide per volta, il filamento di DNA comincia ad allungarsi.

La sintesi dell’RNA procede dall’estremità 5’ verso quella 3’ del gene, producendo una molecola di RNA complementare alla catena stampo del DNA a parte la sostituzione della timina con l’uracile= PRODUZIONE MOLECOLA mRNA.

La molecola di mRNA prodotta va poi incontro a fenomeni di maturazione consistenti principalmente nell’aggiunta di una coda di adenine all’estremità 3’ e nell’eliminazione di sequenze introni che tramite il processo di splicing.

A questo punto l’RNA messaggero maturo esce dal nucleo ed emigra nel citoplasma cellulare portando con sé le istruzioni per la sintesi proteica.

Traduzione e ruolo del tRNA

La traduzione avviene a livello dei ribosomi che scorrono lungo il filamento di RNA messaggero (sono i ribosomi che si legano all’mRNA) e ne riconoscono la sequenza di basi a gruppi di 3. il ribosoma è formato da due subunità sferiche, una più piccola e l’altra più grande, formate per di più da rRNA. Il ribosoma svolge un ruolo importante, seppur non coinvolto direttamente della traduzione: è il sito/il supporto però dove la traduzione avviene, in quanto riconosce il tRNA-è il sito di aggancio per questa molecola- (si trova sparso nel citoplasma ed è direttamente coinvolto nella traduzione dell’RNA)

Il tRNA è quella molecola che svolge la funzione di mettere in relazione l’informazione contenuta nei codoni dell’mRNA con specifici amminoacidi delle proteine.

Per garantire che la proteina fabbricata sia quella specificata dall’mRNA, il tRNA deve leggere correttamente i codoni dell’mRNA e fornire gli amminoacidi corrispondenti ai codoni letti.

Codoni e amminoacidi

Ogni gruppo di tre basi costituisce un codone che viene riconosciuto da un anticodone complementare situato all’estremità dell’RNA transfer che porta all’altro suo estremo uno specifico amminoacido. Il tRNA presenta delle anse, è ripiegato in questa maniera in modo tale da mettere in rilievo in queste anse le tre basi azotate.

A specifico codone corrisponde quindi uno specifico amminoacido che viene collocato nella giusta posizione lungo la nascente catena proteica, dove ogni amminoacido si lega a quello che lo procede mediante legami peptidici.

Poiché le lettere dell’alfabeto genetico sono 4(A G C T), le combinazioni possibili in gruppi di tre lettere sono 64, mentre gli amminoacidi sono solo 20.

Vi è quindi una certa ridondanza di informazione ed infatti uno stesso amminoacido può essere codificato da triplette diverse.

La precisa sequenza di amminoacidi in una proteina, insieme al suo successivo ripiegamento, ne determina la forma, la funzione e la tendenza a reagire.