Informazione genetica - dal DNA alle proteine

Un gene, un enzima

Lavorando sulla muffa del pane Neurospora crassa, i genetisti Beadle e Tatum ipotizzarono che l’espressione dei geni (fenotipo) fosse mediata dagli enzimi. Inizialmente il ceppo selvatico cresce in tutti i substrati. Dopo aver sottoposto delle spore ai raggi X, diversi ceppi riscontrano diverse mutazioni nei geni che codificano gli enzimi impiegati alla sintetizzazione di diverse sostanze nutritive. I diversi ceppi con le diverse mutazioni hanno diverse difficoltà ad adattarsi al substrato minimo, corrispondenti alla mancanza delle sostanze nutritive che non potevano più sintetizzare.
Dunque ogni mutazione di un determinato gene causava la mancanza di funzionalità dell’ enzima specificato dal gene. Formularono dunque l’ipotesi “un gene, un enzima”.

Un gene, un polipeptide

Ulteriori studi verificarono che molte proteine, dunque molti enzimi, sono composti da più catene polipeptidiche, e che la vera funzione di un gene è di fornire le informazioni necessarie alla produzione di un singolo specifico polipeptide. L’espressione più corretta è dunque “un gene, un polipeptide”.

Il dogma centrale

• il DNA possiede l’informazione genetica, ma è confinato nel nucleo;
• le proteine determinano i fenotipi sono sintetizzate nel citoplasma.
Partendo da queste conoscenze, gli scienziati si chiedevano in che modo si potesse passare dal DNA alle proteine.
• in che modo l’informazione passa dal nucleo al citoplasma?
Si ipotizzò che, da un filamento di DNA, si formasse una copia complementare sotto forma di molecola di RNA messaggero, o mRNA. Questo si sposta dal nucleo al citoplasma, servendo da stampo per la sintesi della proteine. Il processo ideato fu chiamato trascrizione.
• In che modo le sequenze nucleotidiche (DNA) si trasformano in amminoacidiche (proteine)?
Si ipotizzò l’esistenza di una molecola adattatrice, capace di legarsi a specifici amminoacidi riconoscendone la sequenza di nucleotidi. Studi successivi tronarono questa molecola: è l’RNA transfer, o tRNA, capace di tradurre il linguaggio del DNA in linguaggio delle proteine.
Gli adattatori di tRNA si allineano lungo la sequenza di mRNA, permettendo la costruzione della sequenza necessaria per la catena polipeptidica. Questo processo è detto traduzione.

L’RNA

L’RNA (acido ribonucleico) differisce dal DNA per tre aspetti:
• è formato da un unico filamento;
• la sua molecola di zucchero non è il desossiribosio, ma bensì il ribosio;
• ha tre basi azotate uguali (adenina, citosina, guanina), ma la quarta è l’uracile, comunque simile alla timina.
Si appaia alle basi di un filamento di DNA seguendo le regole di complementarietà.
Ne esistono numerose classi, le più importanti sono:
• RNA messaggero (mRNA): trasporta una copia delle informazioni del DNA ai ribosomi;
• RNA transfer (tRNA): la sua struttura tridimensionale collo agli amminoacidi nella corretta posizione dei ribosomi;
• RNA ribosomiale (rRNA): permette la decodifica, dunque la traduzione, ed è il componente essenziale dei ribosomi.