Biochimica - espressione e regolazione genica

Effetto idrofobico

Ricordiamo il 2° principio della termodinamica, secondo cui ΔG=ΔH - TΔS. Un esempio chiaro, relativamente all'effetto idrofobico, ci è dato da un fenomeno abbastanza comune: l'olio nell'acqua. Se poniamo una sostanza idrofobica (e quindi apolare, quale l'olio) in una polare (quale l'acqua), abbiamo che tale sostanza reagisce il meno possibile con l'acqua per evitare che ci sia una diminuzione troppo sensibile del valore di entropia: diminuzione causata dal fatto che le molecole della sostanza polare vogliono muoversi ma sono impedite dalle molecole apolari.

Quindi cosa succede? Succede che se la sostanza apolare immessa porta ad un valore di S=10, se andiamo a raddoppiare la quantità di questa sostanza apolare l'entropia dovrebbe avere un valore dimezzato, quale S=5. Per aumentare l'entropia del sistema, le due sostanze apolari si aggregano così da aumentare il grado di disordine delle molecole polari che non sono ora più così tanto complessate con le molecole apolari.

Ciò avviene grazie all'effetto idrofobico, il cui scopo è quello di aumentare l'entropia del sistema (ciò è alla base della formazione del core nucleotidico). Le reazioni con ΔG>0 sono dette termodinamicamente sfavorite, e necessitano di "aiuto" per avvenire: l'ATP è una delle molecole alla base di questo tipo di reazioni.

Trascrizione nei procarioti e negli eucarioti

Avviene in due fasi:

• Aprire la doppia elica per leggere i nucleotidi;
• Ad ogni nucleotide del DNA, l'RNA polimerasi che utilizza come stampo solo un filamento del DNA, può associare un solo nucleotide.

Essa avviene grazie alla RNA polimerasi. Di queste ne troviamo una nei procarioti e tre negli eucarioti. Nei primi abbiamo solo la "RNA polimerasi" che catalizza la sintesi di tutti gli RNA; nei secondi abbiamo la RNA polimerasi I (rRNA), II (mRNA), III (tRNA e rRNA 5.8S): le RNA polimerasi I e II riconoscono delle sequenze a monte del gene dette "promotori"; le RNA polimerasi III si pongono a valle del gene.

La trascrizione nei procarioti prevede che la subunità σ delle RNA polimerasi riconosca la sequenza promotore (TATAAT e TTGACA) e ci si leghi, per poi distaccarsi (la subunità σ) ed iniziare la trascrizione.

La trascrizione negli eucarioti prevede anch'essa delle sequenze promotrici, che sono soprattutto la TATAAA e CAAT box, presentano anche dei fattori incentivanti la trascrizione (enhancer) posizionati anche distalmente dalle estremità, sia 5' che 3'. A differenza di quanto visto nei procarioti, gli eucarioti con le RNA polimerasi non sono in grado di trascrivere direttamente le sequenze geniche legandosi al promotore, ma necessitano dei "fattori di trascrizione" (TFII): la trascrizione genica avviene in questo senso: TFIID (un particolare fattore di trascrizione) lega la TATA-box (promotore); si rende così possibile il legame con l'adiacente TFIIB (altro fattore di trascrizione); da questo momento, gli altri fattori di trascrizione e la RNA polimerasi possono iniziare la vera trascrizione genica: l'RNA polimerasi si staccherà dal filamento di DNA quando la TFIIH (altro fattore di trascrizione) fosforila l'RNA polimerasi, cambiandone la formazione a facendola staccare dal filamento: si sarà così formato il filamento di pre-mRNA (l'mRNA immaturo che subirà il processamento successivamente descritto).

In sintesi, la trascrizione di un gene prevede che: la doppia elica si apre, e trascrive un solo tratto di DNA (che è detto gene) di un solo filamento. I geni, specifichiamo, possono codificare per proteine ecc. La RNA polimerasi utilizza uno zucchero pentoso (ribosio). Questo RNA, inizialmente è inattivo (da cui devono essere eliminati gli introni tramite splicing). A questo RNA viene aggiunto all'estremità 5' un cappuccio detto CAP (struttura necessaria per legare il ribosoma) ed una poli-A (poli-adenina) all'estremità 3'. A differenza di quello che si può pensare, un gene codifica non solo per mRNA che si traduce in proteine, ma per:

• mRNA (cui fine sono le proteine);
• tRNA (cui funzione è trasportare gli aminoacidi);
• rRNA (l'RNA che accoppiato altre proteine forma i ribosomi).

Un gene, quindi, non è né una proteina, né una catena polipeptidica, bensì una catena polinucleotidica. I tre tipi di RNA:

• rRNA, presente nell' 85% dei casi, si lega insieme ad una componente proteica per formare i ribosomi nelle loro due subunità, maggiore e minore;
• mRNA, presente solo nel 5% dei casi, il filamento che "porta" i codoni che saranno poi riconosciuti dai tRNA;
• tRNA, presente solo nel 10% dei casi, che "porta" gli anticodoni specifici. Esso ha una forma a trifoglio, con un braccio accettore del ribosio. Presenta notevoli anse (o braccia), tra cui l'ansa del codone.