Trascrizione e traduzione

Trascrizione e traduzione del DNA

Il DNA è costituito da un doppio filamento antiparallelo, le cui informazioni sono utilizzate per sintetizzare le proteine. Prima di tutto, deve essere sintetizzato l’mRNA (trascrizione) e successivamente avviene la sintesi delle proteine (traduzione).

Nella regione in cui inizia la trascrizione, le due eliche del DNA si separano e la DNA polimerasi sintetizza l’mRNA in direzione 5’->3’. Questa zona è conosciuta come bolla di trascrizione. L’mRNA prodotto è detto precursore (è immaturo) e diventa maturo dopo modificazioni, pronto per produrre proteine.

Codice genetico

Il codice genetico è composto da triplette di nucleotidi, ognuna delle quali codifica per un amminoacido. Le proteine svolgono diverse funzioni (strutturali, enzimatiche ecc.) e le informazioni necessarie per produrle sono contenute nel genoma, sotto forma di geni.

La struttura del genoma è così suddivisa:

• 25% coinvolto nella sintesi proteica di cui:
  • 1,5% codifica per proteine.
  • 24% codifica per fattori che regolano la trascrizione e la traduzione.
• 75% contiene ripetizioni ripetute, un tempo considerate "DNA spazzatura", ma fondamentali per regolare l’espressione delle proteine e si pensa influenzino anche la comparsa di particolari patologie.

Nei procarioti, invece, la maggior parte del genoma codifica per proteine oppure tRNA o rRNA.

Struttura del DNA

Il DNA si trova dentro al nucleo ed è associato agli istoni (con carica positiva). I nucleosomi sono costituiti da 8 istoni più 146 basi di DNA e sono separati dal DNA linker (una regione di 60 basi). La proteina istonica H1 si lega ai DNA linkers, impacchettando ulteriormente l’acido nucleico e formando la cromatina. Questa si ripiega a formare anse mantenute da proteine di impalcatura; le anse si ripiegano ulteriormente formando la cromatina condensata, stabilizzata da proteine dette condensine, che formano i cromosomi visibili solo durante la mitosi.

Il DNA contiene circa 20000 geni, ma codifica per più proteine tramite splicing alternativo.

Cromatina

La cromatina può essere suddivisa in:

• Eterocromatina: altamente condensata, i geni non possono essere trascritti.
• Eucromatina: poco condensata, i geni possono essere trascritti.

Regolazione espressione genica

La regolazione dell'espressione genica avviene tramite modificazioni post-traduzionali e chimiche a livello degli istoni, come:

• Glicosilazione
• Fosforilazione
• Metilazione (con effetto opposto all’acetilazione)

Durante la replicazione del DNA, il DNA neo-sintetizzato viene metilato nelle stesse regioni in cui era metilato il DNA madre, fenomeno noto come imprinting genomico.

Epigenetica

L'epigenetica riguarda la metilazione del DNA su residui di cisteina, formando 5-metilcisteina. Questa è riconosciuta dall'enzima hystoe-methylaing, che metila l’istone, a sua volta riconosciuto dalla proteina HP1, che si lega ad esso, compatta e rende inaccessibile quella regione (eterocromatina), impedendo così la trascrizione.

La metilazione è un processo dinamico che include la metilazione di siti preesistenti e la demetilazione di altri. Questi processi sono fondamentali nei mammiferi per lo sviluppo e il differenziamento dei tessuti.

Un approfondimento riguarda i siti in cui avvengono queste modifiche, detti CpG.

Acetilazione

L’acetilazione determina un rilassamento della cromatina, poiché l'istone si lega con meno affinità al DNA, promuovendo la trascrizione dei geni tramite il rimodellamento cromatidico.

• Ubiquitazione

Eredità epigenetica

L’eredità epigenetica riguarda cambiamenti nell’espressione dei geni senza alterazione della sequenza del DNA stesso.