Appunti completi di Biologia animale e vegetale

TRASCRIZIONE (SINTESI DI RNA DA UNO STAMPO DI DNA)

Il passaggio dna proteina non è diretto ma c’è l’utilizzo l’intermedio di RNA—> è un singolo filamento che però può

ripiegarsi e creare conformazioni nello spazio. Con il DNA varia lo zucchero (ribosio e non dedossiribosio), varia

l’uracile (no timina), c’è legame fosfodiestere tra nucleotidi. L’RNA è una molecola instabile in quanto ci sono geni

che vengono spenti e non più trascritti. Da DNA a RNA si parla di trascrizione ed il messaggio servirà poi per fare le

proteine; da RNA a proteine ci sarà la traduzione. La trascrizione segue una logica: se ho bisogno di tanta proteina A

ne trascriverò molta di più della B

Ogni gene può essere trascritto in RNA e poi tradotto in proteine a diversi gradi di effienza, dando alla cellula la

possibilità di avere grandi quantità di certe proteine e minori di altre. L’mRNA è un singolo filamento che viene

prodotto da una RNA polimerasi, che è in grado di assemblare i nucleotidi, uno alla volta, in una catena di RNA , la

cui sequenza è completamente a uno dei filamenti di DNA che funge da stampo.

Il primo passo nella sintesi di RNA è l’associazione della polimerasi con lo stampo di DNA. Il sito alla quale si lega la

RNA polimerasi per poter iniziare la trascrizione si chiama PROMOTORE. L’RNA polimerasi non è però in grado di

riconoscere da sola il promotore ma necessita l’intervento di ulteriori proteine dette FATTORI di TRASCRIZIONE.

Oltre a fornire un sito di legame per la polimerasi, il promotore contiene le informazioni che determinano quale dei

due filamenti di DNA verrà trascritto e il sito nel quale inizierà la trascrizione.

Per iniziare la trascrizione l’RNA polimerasi deve legarsi saldamente al DNA proprio nel sito del gene da trascrivere.

La polimerasi avanzando lungo lo stampo di DNA, inserisce il nucleotide complementare nella catena nascente di

RNA. Appena la polimerasi ha oltrepassato una certa regione di DNA la doppia elica si riforma.

La polimerasi deve quindi essere in grado di rimanere attaccata al DNA per lunghi tratti ma, allo stesso tempo, deve

essere collegata in modo sufficientemente debole per potersi spostare da nucleotide a nucleotide.

Cosa succede negli eucarioti—> a differenza di ciò che accade ne procarioti, negli eucarioti l’RNA polimerasi non è

capace di dare inizio alla trascrizione genetica autonomamente. I ricercatori scoprirono l’esistenza dei fattori generali

di trascrizione (iniziano tutti con FT): proteine accessorie che si aggregano al promotore posizionando l’RNA

polimerasi e aprono la doppia elica per esporre il filamento stampo, consentendo all’enzima di iniziare a trascrivere.

Generalmente il processo di aggregazione comincia quando un fattore di trascrizione si lega ad una breve sequenza

di DNA a doppia elica composta principalmente di nucleotidi T e A (Più instabili dati i ponti idrogeno di G-C), detta

appunto sequenza TATA box —> si trova generalmente 25/30 nucleotidi a monte del sito d’inizio della trascrizione (è

un campanello d’allarme—> se la incontro so che da li a 30 nucleotidi potrebbe iniziare la trascrizione).

C’è poi anche un complesso di rimodellamento della cromatina che indebolisce il legame dna- istone per far passare

la polimerasi in modo che possa essere trascritta. Infatti se gli istoni sono metilati sono molto avvinghiati al DNA e

quindi la polimerasi e gli altri elementi faranno molta più fatica a far si che avvenga la trascrizione.

Cosa succede molto spesso nei promotori eucariotici: ci sono spesso delle sequenze dislocate a migliaia di nucleotidi

definite enhancers o silencers —>essi sono lontani dal gene da trascrivere, legano delle proteine e attraverso una

ripiegatura del DNA fanno legare il complesso e molto spesso sono le sequenze che fanno partire la trascrizione.

Spesso questi complessi molecolari si formano sul promotore genico, stanno lì silenti e nel momento in cui

un’attivatore si lega, libera la RNA polimerasi e inizia la trascrizione (sequenze enhancer). Nel caso specifico dei

silencer però impediscono la trascrizione: all’attivatore viene impedito il riconoscimento dei siti da queste sequenze

(repressori) e la trascrizione è bloccata.

Se prevale enhancer la trascrizione avverrà, non avverrà se prevalgono i silencer.

Le proteine che regolano l’espressione genica: sono proteine che sono in grado di riconoscere il DNA e delle

sequenze. Ci sono 3 classi di proteine:

 Prima classe/struttura: helix turn helix (elica giro elica): proteine che hanno delle alfa eliche nella struttura e

con essa riescono a riconoscere la doppia elica del DNA e riescono quindi ad abbracciare una sequenza

presente sul DNA

 Seconda classe/struttura: zinc finger: tutte le proteine che iniziano con ZF e successivamente hanno dei

numeri significa che sono proteine ricche di zinco e che hanno nella sequenza amminoacidica amminoacidi

che si richiudono attorno ad un atomo di zinco e si incastrano nella doppia elica del dna

 Terza classe/struttura: leucine zipper: hanno abbondante Luciano nella sequenza che si chiude come se fosse

una zip e le sue estremità vanno ad abbracciare l’elica del dna

Concetto generale: ci sono proteine che hanno una struttura tale in grado di legare e riconoscere delle sequenze di

DNA e per quanto complessa sia la trascrizione viene regolata sempre da proteine che riconosco o in maniera

generica o in maniera più specifica sequenze sul DNA.

Gli mRNA vengono processati nel nucleo

Batteri ed eucariotici differiscono notevolmente anche per il trattamento che l’RNA subisce prima di poter essere

usato dalla cellula:

°Negli eucarioti dna, proteine ed RNA non si trovano nello stesso spazio mentre nei procarioti si (open space)

°negli eucarioti traduzione e trascrizione non avvengono nello stesso momento mentre nei procarioti si

°negli eucarioti ogni gene è regolato in maniera singola e va incontro a splicing mentre nei procarioti sono tutti

regolati assieme

°i geni nei procarioti sono continui cioè non organizzati in unità funzionali (operone), mentre le sequenze codificanti

dei geni eucariotici sono per lo più interrotte da lunghe sequenze dette introni, che vanno da 1 a oltre 10000

nucleotidi, e composte da esoni che sono sequenze codificanti cioè sequenze espresse

Il DNA batterico si trova direttamente esposto al citoplasma, che contiene i ribosomi, gli organelli che operano la

sintesi proteica; nel caso dei messaggeri, non appena si forma là molecola di RNA trascritto, i ribosomi aderiscono

alla sua estremità 5’ e danno inizio alla sintesi proteica.

Invece, nelle cellule eucariotiche il DNA è racchiuso nel nucleo, dove avviene la trascrizione, mentre la sintesi

proteica avviene sui ribosomi nel citoplasma. Quindi l’mRNA eucariotici va trasportato fuori dal nucleo attraverso i

pori della membrana nucleare prima della traduzione in proteine e, a sua volta, questo trasporto è preceduto a sua

volta dalla maturazione dell’RNA (RNA processing)—> una serie di reazioni chimiche che avvengono durante la

sintesi dell’RNA, che incrementano anche la stabilità della molecola eucariotica, e che comprende:

-apposizione (o aggiunta) del cappuccio: comporta una modificazione del trascritto

primario alla sua estremità 5’, quella sintetizzata per prima durante la copiatura.

L’estremità 5’ viene incappucciata con l’aggiunta di un nucleotide atipico, una

guanina con un gruppo metilico attaccato che si lega all’estremità 5’ dell’RNA in

modo insolito

-la poliadeninazione: correda gli mRNA appena trascritti di una particolare struttura

all’altro capo, l’estremità 3’. Diversamente dai batteri in cui l’estremità 3’ è

semplicemente la fine della catena sintetizzata dall’RNA polimerasi, gli RNA

eucariotici vengono prima accorciati al 3’ da un enzima che li taglia all’altezza di una

certa sequenza e poi rifiniti da un altro enzima che vi aggiunge una serie di nucleotidi

adenilici (A)—> la coda di poli A che è di solito lunga qualche centinaio di nucleotidi

Cosa avviene dopo l’apposizione del cappuccio e mentre procede la trascrizione:

Comincia il processo di taglia e cuci detto splicing dell’RNA che comporta la

rimozione di tutte le sequenze introniche e la ricucitura di tutti gli esoni dall’RNA

appena sintetizzato. Alla fine il trascritto viene provvisto della coda di poli A. Un RNA

che abbia terminato il processo di splicing e che sia stato modificato all’estemità 5’ e

3’, è una molecola messaggero funzionale pronta a lasciare il nucleo per essere poi

tradotta in proteina.

Come avviene lo splicing: ogni introne contiene alcune brevi sequenze nucleotidiche che fungono da segnale di

rimozione dal pre-mRNA. Guidato da queste sequenze, un complesso dispositivo di splicing ritaglia l’introne a forma

di una struttura a cappio e,a questo punto di esoni vengono riuniti e gli introni rimossi.

L’organizzazione dei geni eucariotici in introni ed esoni appare a prima vista dispendiosa ma presenta dei grossi

vantaggi: lo splicing alternativo—> permette di produrre proteine diverse dallo stesso gene o di rimuovere

singolarmente esoni o permette di fare dei ‘salti’ unendo direttamente ad esempio l’esone 1 con l’esone 3.

Lo splicing dell’RNA interessa nell’uomo il 95% dei geni e permette agli eucarioti di amplificare ulteriormente il

potenziale codificante dei loro geni.

MircoRNA (regolatori espressione genica)

Sono stati scoperti dei microRNA codificati dalla

polimerasi 2 (quella coinvolta nella trascrizione genica

degli eucarioti). Molto spesso nelle sequenze

introniche dei geni si trova l’informazione per costruire

dei piccoli RNA che hanno delle sequenze

complementari per cui si richiudono a forcina, sono

poche decide di nucleotidi che vengono trascritti dalla

polimerasi in pre-microRNA (precursori di microRNA).

Questi piccoli RNA vengono modificati dal DROSHA

(enzima che si trova nel nucleo) tagliando la testa e la

coda, lasciando solamente la forcina (la parte che si è

richiusa). Questo RNA, anche se immaturo, viene lo

stesso riconosciuto da una proteina nucleare che lo fa

passare attraverso i pori, esce quindi dalla membrana

nucleare (sempre sotto forma di pre-microRNA ma

processato a 5’ e 3’).

Successivamente incontra altri due processi molecolari:

1) DICER: complesso di proteine che modifica

ancora il pre-microRNA togliendogli l’anello

della forcina—> viene a formarsi un microRNA

che ha un doppio filamento di una decina di nucleotidi. Tutto ciò verrà preso in mano dal secondo complesso

moleco