Appunti di GENETICA

PROCESSO:

Il processo di trascrizione inizia grazie all'enzima RNA polimerasi che, nei batteri, srotola una breve sequenza di DNA adiacente al gene. L'RNA viene sintetizzato in direzione 5'-3' grazie alla lettura del filamento stampo di DNA (3'-5'). Il filamento complementare di DNA, in direzione 5'-3' invece è non stampo. In questo processo quindi, l'RNA polimerasi ha il ruolo di scegliere quale base deve appaiarsi in base alla complementarietà con la base del filamento di DNA. L'unica differenza con quest'ultimo è che la base timina (T) è sostituita con l'uracile (U). Un'altra differenza con il processo di replicazione del DNA, è che in questo caso non c'è bisogno di primer per incominciare il processo bensì di semplici precursori detti ribonucleosidi trifosfati (ATP, GTP). Alla fine della sintesi del filamento di RNA quindi, il filamento prodotto sarà complementare.

a quello del DNA stampo e identico (con la base U sostituita a quella T) al filamento non stampo di DNA.

EUCARIOTI:

trascrizione --> avviene nel nucleo della cellula

sintesi proteica --> avviene nel citoplasma

PROCARIOTI:

trascrizione e sintesi proteica --> avvengono accoppiate tra loro; un mRNA infatti inizia ad essere tradotto quando la trascrizione non è ancora completata secondo un processo detto "accoppiamento di trascrizione e traduzione"

Trascrizione nei procarioti

Un gene batterico è diviso in tre regioni: è presente una sequenza detta promotore che si trova prima del gene e che, grazie alla sua interazione con l'RNA polimerasi, fornisce le informazioni necessarie per incominciare il processo di trascrizione come la direzionalità, quale filamento è quello stampo e da dove bisogna incominciare la trascrizione. Ogni gene comunque utilizza filamenti diversi di DNA come stampo. c'è una sequenza che codifica per

l'RNA ossia quella che poi verrà trascritta un terminatore invece indica la fine del processo di trascrizione lungo quel preciso filamento. Fu per esempio scoperto che in E.Coli, esistono delle particolari sequenze tot. basi a monte rispetto al punto di inizio della sequenza codificante. Nei batteri è presente solo un tipo di RNA polimerasi che svolge tutte le attività cellulari. Questo è unoloenzima ossia un enzima che contiene al suo interno un core di 4 polipeptidi tra cui il fattore sigma che assicura il legame specifico alla sequenza di DNA. Se non ci fosse infatti, l'enzima potrebbe legarsi a tutte le sequenze di DNA iniziando così la trascrizione. L'oloenzima si lega così al promotore. Nel caso di E.coli per esempio, l'oloenzima si lega alla sequenza consenso. Solo dopo l'enzima srotola il filamento a doppia elica di DNA formando il complesso del promotore aperto. Il fattore sigma quindi ha il compito di

interagire con le sequenze consenso e box -10. Una volta che l'enzima però è legato al box -10, l'RNA polimerasi può iniziare la trascrizione perché l'enzima è direzionato correttamente. L'efficienza dell'inizio della trascrizione varia da gene a gene.

Ad ogni modo però, esistono diversi tipi di fattori sigma che servono a riconoscere promotori per l'espressione di geni con funzioni particolari come il sigma^32 che trascrive geni in condizioni di particolari stress ambientali.

Proteine regolatrici:

• attivatori --> stimolano la trascrizione facilitando allungamento di RNA e attacco RNA polimerasi
• repressori --> inibiscono trascrizione

Dopo il completamento della fase d'inizio ossia il momento nel quale l'RNA polimerasi, grazie al fattore sigma, ha riconosciuto le regioni -35 e - 10 formando così il complesso del promotore aperto, il fattore sigma si dissocia dal nucleo enzimatico e solo 9 basi del

Nuovo RNA rimangono legate al DNA a singolofilamento (filamento stampo). Fuoriesce così un filamento di mRNA appena sintetizzato e la parteterminale forma un ibrido temporaneo di circa basi appunto di RNA-DNA. Una volta sintetizzato l'interofilamento, l'enzima RNA polimerasi ha anche due attività di correzione di bozze. Può infatti "tornareindietro" e sostituire il nucleotide sbagliato con quello corretto. La fase di terminazione invece avviene grazie all'intervento di sequenze terminatrici che bloccano l'attività trascrizionale dell'RNA polimerasi. Nell'E.Coli per esempio, la trascrizione di alcuni geni avviene grazie a proteine Rho i cui terminatori, detti Rho-dipendenti, si trovano a monte del sito di fine terminazione. Nel momento in cui l'RNA polimerasi sintetizza questa sequenza ripetuta, il filamento di RNA si ripiega su sé stesso formando una "forcina" che rallenta il processo di trascrizione.

L'RNA polimerasi poi si dissocia dal filamento stampo di DNA. L'altra tipologia di terminatori, detti Rho-indipendenti invece, termina il processo di trascrizione grazie al movimento dell'elicasi Rho fino all'enzima RNA polimerasi. Quest'incontro srotola il filamento formato tra l'RNA e il DNA, idrolizzando ATP.

Trascrizione negli eucarioti:

• Negli eucarioti esistono diverse tipologie di enzimi RNA polimerasi:
• L'RNA polimerasi I trascrive i geni che codificano per l'rRNA
• L'RNA polimerasi II sintetizza invece gli mRNA e gli snRNA.
• L'RNA polimerasi III invece trascrive i geni che codificano per i tRNA, alcuni snRNA non sintetizzati dall'RNA polimerasi II e l'rRNA.

Il promotore è costituito da un nucleo e dagli elementi prossimali. Rispettivamente il primo dei due è costituito da una sequenza iniziatrice che comprende il sito d'inizio della trascrizione e dal TATA box che è paragonabile alla sequenza

consenso dei procarioti. La TATA box infatti consiste in una sequenza di circasette nucleotidi che specifica dove deve assemblarsi il complesso della trascrizione e determina dove avrà inizio. Gli elementi prossimali invece consistono in una serie di nucleotidi detti CAAT box che si trovano amonte della TATA box. Questi due "box" di nucleotidi sono localizzati sempre circa nella stessa posizione in ogni promotore dei geni nucleari. Le GC box invece consistono in una sequenza consenso di nucleotidi GC. In generale comunque, i "box" hanno la funzione di rendere più efficiente l'attività del promotore nell'inizio dell'attività trascrizionale. Questi processi regolativi sono controllati da particolari proteine regolatrici dette "attivatori" che riconoscono per esempio gli elementi prossimali dei geni che devono essere espressi. I geni housekeeping per esempio sono quelli espressi per tutte le funzioni di base. A differenza

Dei procarioti, negli eucarioti il riconoscimento di un promotore avviene anche grazie a fattori trascrizionali (TFII). In seguito al suo legame con la TATA box, si incomincia la formazione di un complesso preliminare di inizio della trascrizione nella regione del promotore. A questo complesso poi, si legheranno sia l'RNA polimerasi II sia gli altri fattori di trascrizione. Questi ultimi legami formano così il complesso di preinizio e la trascrizione quindi inizia dopo che TFIIH agisce da elicasi svolgendo la catena di DNA.

Struttura e produzione degli mRNA:

• In generale, gli RNA subiscono una serie di modifiche che li trasformano nelle loro forme finali in modo da poter svolgere poi le loro caratteristiche attività cellulari. Gli RNA strutturali come gli rRNA seguono un processo detto di "processamento" perché in un primo momento si producono precursori per gli rRNA. Gli mRNA invece vengono modificati secondo un processo di "maturazione" che

Il processo di maturazione dell'mRNA consiste in varie fasi: capping all'estremità 5', splicing (rimozione degli introni), poliadenilazione dell'mRNA all'estremità 3'. Tutte queste modifiche avvengono nel nucleo.

Gli mRNA eucariotici sono monocistronici, cioè contengono l'informazione per codificare un solo gene. Gli mRNA procariotici sono policistronici e contengono quindi l'informazione di codifica per più di un gene.

Durante il processo di maturazione dei pre-RNA in mRNA, vengono eliminati gli introni (sequenze che non codificano per amminoacidi). Gli esoni invece, ossia le sequenze codificanti, contengono anche le UTR al 5'e al 3' ossia quelle che non vengono tradotte e che si trovano all'estremità delle sequenze codificanti per gli amminoacidi.

Il primo step della fase di maturazione del pre-mRNA prodotto è quello dell'aggiunta di un cappuccio (capping al 5') di un nucleotide guaninico all'estremità 5'.

del trascritto che favorisce il legame tra l'RNAmaturo ed il ribosoma. All'estremità 3' del trascritto invece avviene l'aggiunta di una sequenza di 50-250 nucleotidi di adenina. La sequenza di RNA che ha una sequenza di poli-A vengono chiamati mRNA poli(A)+. La sequenza di poli(A) assicura il corretto trasporto dell'mRNA dal nucleo al citoplasma. Questa coda comunque ha anche il compito di definire l'estremità 3' del filamento di RNA, è associata alla terminazione della trascrizione dei geni che codificano per proteine. L'aggiunta della coda di poli(A) viene segnalata nel momento in cui il processo della trascrizione oltrepassa il sito poli(A) che si trova prima della sequenza consenso. In seguito al taglio quindi di questa sequenza, l'enzima poli(A) polimerasi catalizza l'aggiunta di nucleotidi A all'estremità 3' del filamento. Dopo il sito poli(A), la terminazione avviene grazie ad esonucleasiche.

tagliano degradano l'mRNA fino a quando quest'esonucleasi raggiunge l'RNA polimerasi II.

In seguito al capping al 5' e alla poliadenilazione, avviene l'eliminazione delle sequenze introniche dal filamento di RNA appena sintetizzato attraverso un processo detto splicing. Quest'ultimo avviene mediato delle snRNP ossia "piccole particelle nucleari ribonucleoproteiche" che si associano al pre-mRNA per formare lo spliceosoma. Le snRNP, formate da snRNA, sono presenti di diverse tipologie in base alle proteine a cui sono associate. Le U1 e le U2 sono le principali dal momento che rispettivamente quelle associate alle prime si legano al sito di splicing al 5' e quelle associate alle seconde invece si legano a monte del sito di splicing al 3', ad una particolare sequenza detta "del punto di ramificazione". In seguito all'legame delle U1 e U2 con le altre snRNP U4/U6 e U5, si forma lo spliceosoma attivo che avvicina le due estremità.

dopo aver svolto la loro funzione, vengono rilasciate nel nucleo cellulare.