Biologia - semestre filtro, parte 2

I geni

È una sequenza di DNA che speci ca per un prodotto in generale, sia proteine che RNA. Tutte le

cellule viventi possono essere classi cate in base al numero di compartimenti che suddividono lo

spazio interno.

DNA= sequenza di nucleotidi

Codice genetico= serie di indicazioni di decodi ca, non equivale alla molecola del DNA. È proprio

un codice.

Pensiamo al concetto di gene, il materiale genetico è strutturato diversamente in procarioti e

eucarioti: procarioti DNA nel citoplasma a doppio lamento e circolare; negli eucarioti DNA

organizzato con la cormatina, a doppia elica e posizionato nel nucleo. Genomi ben distinguibili

grazie anche ai cromosomi

La decodi ca del DNA, secondo Crick, con il dogma centrale della biologia: DNA—> trascrizione

—> RNA (copiatura da DNA a RNA) —> traduzione (mRNA) —> proteine, sequenze

amminoacidiche

Dal DNA all’RNA —> trascrizione (RNA polimerasi) nel nucleo

Da RNA a proteine —> traduzione, avviene sui ribosomi e coinvolge tutti e tre i tipi di RNA

Messaggero funge da copia del gene, che giunge nel citoplasma e arriva al ribosoma.

Al dogma sfuggono i retrovirus, perche hanno la trascrittasi inversa RNA—>DNA

Il uire dell’informazione, una volta che da RNA ricolato dal virus, la trascrittasi inversa agisce, il

DNA diventa doppio, replicato e inserito nella cellula del genoma ospite e li la DNA polimerasi

ritrasforma in RNA.

A parte questa eccezione, che ricon uisce poi nello stesso usso.

Trascrizione procarioti

L’espressione genica non è la medesima nei vari distretti corporei; non in tutte le cellule la

trascrizione viene fatta di tutti i geni, vengono trascritti solo quelli necessari.

La trascrizione avviene sempre ad opera di una RNA polimerasi quindi un enzima che copia un

segmento di DNA in uno di RNA.

Nei procarioti si tratta di processi molto conservati.

Nei procarioti la RNA polimerasi è costituita da 5 subunità: due subunità alfa, due beta, una

subunità Omega e un fattore sigma (questa sesta subunità e presente nella forma attiva

dell’enzima). Quest’ultimo è un fattore essenziale per riconoscere la regione del promotore.

Il promotore è una zona del DNA relativa al gene che deve essere trascritto, è il punto dove si

attacca la RNA polimerasi per iniziare la trascrizione. Questo avviene sia negli eucarioti che nei

procarioti. Inizialmente vengono trascritti dei frammenti di RNA, generando sulla che si chiama

trascrizione abortiva, che non riesce a copiare tutto il gene, poichè impedita dalla RNA polimerasi,

un enzima molto voluminoso. A poco a poco poi verranno prodotti frammenti più lunghi e avviene

la copiatura del gene.

Il promotore presenta delle sequenze di consenso, negli eucarioti, per esempio, i geni avranno nel

promotore delle zone di riconoscimento per la RNA polimerasi. Le sequenze di consenso sono a

-35, ovvero 35 nucleotidi a monte del sito di inizio della trascrizione; poi un’altra sequenza di

consenso a -10, 10 nucleotidi a monte del sito.

(Prima del sito di inizio si dice si trovi a monte (upstream), mentre tutto quello che si trova dopo si

dice a valle (downstream).)

Avviene la copiatura solo di un lamento: il promotore indica quale dei due e in che direzione.

Anche perché l’RNA è a singolo lamento e con caratteristiche diverse.

La direzione del movimento è sempre 5’-3’, a partire da nucleotidi trifosfato, istaurando legami

fosfodiesterici, senza legami a idrogeno ovviamente.

Nella fase di allungamento avviene la copiatura del gene. L’RNA polimerasi copia no a che non

incontra un’indicazione di terminazione: o tramite sequenze palindrome, rispetto a un punto

centrale simmetrico (strutture a forcina che ingombrano il passaggio alla RNA polimerasi) o altri

geni che richiedono l’uso dei fattori RO. 1

 fl fi fi fi fi fl

fi fi fi fl fi

Maturazione

Geni eucariotici—> geni interrotti (introni+esoni) splicing.

Nel nucleo vengono rimossi gli introni, tramite lo Gli mRNA citoplasmatici saranno più

corti di quelli nucleari.

Da pre-mRNA, avviene lo splicing, formazione di un cappuccio al 5’, formazione di una coda di

poliA al 3’.

Tagli fatti da spliceosomi (proteine+snRNA): siti di riconoscimento 5’(GU), l’estremità che si taglia

per prima, e in 3’(AG). Si forma una struttura a cappio che poi viene eliminata, tramite la rottura in

3’, grazie al sito di riconoscimento. dell’RNA.

In seguito allo splicing, si veri ca l’editing Genera molecole di RNA che di eriscono

leggermente tra di loro.

Questo si genera tramite due modi che principali:

- conversione di una base in un’altra

- Inserzione o d’elezione di nucleotidi

Gli e etti poi di queste modi che sono:

- Sostituzione di un amminoacido in una proteina

- Creazione/eliminazione di codoni di inizio e di stop

- Creazione di intere ORF (open Reading frame) (zone capaci di codi care)

Nei mammiferi le modi che principali relative all'editing sono: il passaggio da adenina a linosina,

tramite l’enzima adenosina deaminasi; il passaggio da citosina a uracile, tramite l’enzima citidina

deaminasi.

L’editing è una modi ca secondaria, che interessa più di 1600 geni, pochi, ma abbastanza. La

maggior parte delle modi che dell’editing si veri cano negli introni, quindi non hanno e etti

codi canti, oppure si trovano negli elementi Alu, elementi non tradotti del genoma.

L’editing da A a I è abbondante nei tessuti celebrali e è stata connessa ad alcune patologie: difetti

di editing per disordini neurologici, determinanti per l’epilessia, la depressione, i gliomi maligni, la

SLA.

Nell’uomo spesso l’editing è legato alla formazione di linosina a partire da adenina, ma è stato

identi cato anche l’editing da citosina a uracile, soltanto nei trascritti dell’apolipoproteina B e

della proteina correlata alla neuro bromatosi di tipo 1 (NF1).

L’apolipoproteina B è una proteina capace di trasportare lipidi. Inizialmente il messaggero di

questa proteina è costituito da circa 4500 amminoacidi, dopo l’editing, il quale produce un

codone di stop, diventa una proteina tronca, costituita da all’incirca 2000 amminoacidi. può

condurre quindi all’alterazione della funzionalità.

Dopo si veri ca la formazione del cappuccio all’estremità 5’, formato da 7 metilguanosina.

Questo cappuccio ha il suolo di far prendere contatto al messaggero con la subunità minore del

ribosoma, oltre al ruolo, secondario, di protezione.

L’altra modi ca, all’estremità 3’ è l’aggiunta della coda di poli(A): una sequenza di adenine che si

lega alla ne del messaggero grazie ad una sequenza di riconoscimento AAUAAA

È un elemento di regolazione dell’espressione genica negli eucarioti. Inoltre la lunghezza delle

poliadenine è legata all’emivita del messaggero, più è lunga e più il messaggero sopravvive nel

citoplasma.

Prima di uscire dai pori nucleari, un gruppo di proteina (EJC) chiamate

complesso di giunzione esonica, si legano al messaggero, a monte di

ogni giunzione esone-esone dell’mRNA, come un tag di riconoscimento.

splicing alternativo,

Si veri ca anche lo un processo che permette di

codi care più di una proteina a partire da un unico gene. Questo

processo si ottiene grazie ad alcuni introni, che alcune volte vengono

riconosciuti come esoni, e viceversa, tramite particolari segnali.

L’mRNA viene letto per codoni, di 3 in 3, per triplette. Il primo codone è

sempre AUG, e dopo arrivano i successivi codoni. Ad ogni codone

corrisponde un’amminoacido e il primo amminoacido che viene inserito

nei prodotti proteici è sempre la metionina, la corrispondente del codone

di inizio AUG (non tutte le proteine iniziano con questo amminoacido,

perché magari può essere eliminato in seguito).

Un amminoacido non viene speci cato da una sola tripletta. Più triplette

possono speci care per lo stesso amminoacido, infatti, a fronte di 20

aminoacidi, abbiamo 64 triplette. Si può dire quindi che ci sia una 2

 fi

fi ff fi fi fi fi fi fi fi fi fi fi fi fi

fi fi fi fi ff ff

ridondanza di codoni.

Si può osservare che la terza base è un po aleatoria, cambiandola spesso si ottiene comunque lo

stesso prodotto proteico. Modi cando invece la prima base, si può inserire un amminoacido

diverso e quindi modi care la sequenza polipeptidica.

Il codice genetico si de nisce universale.

Possiamo parlare di maturazione anche nei ribosomi, ma anche nella formazione del tRNA.

La forma di pre-tRNA possiede una sequenza leader in 5’ che poi verrà rimossa, verrà sostituita

una porzione terminale al 3’ e inoltre avverrà anche scissione di un introne nell'ansa del trifoglio

centrale, la parte viola.

La struttura bidimensionale è convenzionalmente indicata come un trifoglio; tridimensionalmente

invece è una sorta di L, come nel disegno in basso a destra.

Il tRNA è una molecola capace di intendere sia il linguaggio a nucleotidi che linguaggio ad

aminoacidi. Questo perché possiede 2 siti di legame: uno per il messaggero (il sito centrale del

trofoglio) il quale lega 3 dei suoi nucleotidi con tre del transfer, i quali prendono il nome di

anticodone; nell’estremità 3’ abbiamo il contatto con l’amminoacido, un legame sterico.

Nelle varie cellule esistono una 50ina di transfer diversi, prodotti contemporaneamente da molti

geni ripetuti sparsi nel genoma.

La caratteristica a livello molecolare dell’anticodone è la presenza di basi particolari: la tersa base

del codone se è per esempio un uracile, nell’anticodone ci sarà un’adenina; se nel messaggero

c’è una guaina, nell’anticodone ci sarà una citosina.

Vacillamento della tersa base: La terza base è molto

più uida. 3

 fl fi fi fi

L’operone lac

È un modello di regolazione dell’espressione genica negli eucarioti. Il controllo dell’espressione

genica degli eucarioti è più dettagliato.

Nei procapiti abbiamo geni costituivi, ovvero espressi e trascritti continuamente, ad esempio nella

glicolisi. Ma altri geni che non hanno trascrizione continua, sono i geni non costitutivi, possono

dare origine ad enzimi catabolici (degradano), o enzimi anabolici (sintetizzano).

Nella produzione di enzimi catabolici, la sintesi è indotta dal subst