Biologia animale e genetica - dal DNA alle proteine

Una volta che il primo fattore di trascrizione si è insediato in

questo sito del dna, si aggregano anche gli altri fattori e la rna

polimerasi II, completando il complesso di inizio della

trascrizione. Così una volta che la rna polimerasi II si è inserita

sul dna deve lasciare dietro di sé il complesso dei fattori per dare

inizio alla sua attività di sintesi. La reazione chiave di questo

sganciamento consiste nell'aggiunta di gruppi fosfato alla coda

della rna polimerasi II, mediata dal fattore generale di trascrizione

TFIIH. Quando poi la rna polimerasi II ha finito di trascrivere

abbandona il dna. Batteri ed eucarioti differiscono notevolmente

per i trattamenti che l'rna subisce prima di poter essere usato

dalla cellula. Il dna batterico si trova esposto al citoplasma che

contiene i ribosomi, gli organelli che operano la sintesi proteica,

nel caso dei messaggeri i ribosomi aderiscono alla sua estremità 5'

e danno inizio alla sintesi proteica. Invece nelle cellule

eucariotiche il dna si trova nel nucleo dove avviene la

trascrizione, mentre la sintesi proteica avviene sui ribosomi nel

citoplasma. Quindi l'mRNA eucariotico va trasportato fuori dal

nucleo attraverso i pori della membrana nucleare prima della

traduzione in proteine, anzi questo processo è preceduto a sua

volta dalla maturazione dell'rna. Gli enzimi responsabili della

maturazione dell'rna di fatto seguono a ruota la coda della rna

polimerasi. I trascritti subiscono trattamenti diversi a seconda del

tipo di molecola che deve essere prodotta. Solo i trascritti

destinati a diventare molecole di rna messaggero vengono dotati

di un cappuccio e di una coda poliadenilica.L'APPOSIZIONE

DEL CAPPUCCIO all'rna (capping) comporta una modificazione

del trascritto primario alla sua estremità 5'. L'estremità 5' viene

incappucciata con un nucleotide atipico quando la rna polimerasi

ha trascritto 25 nucleotidi circa e quindi prima che abbia

completato la trascrizione di tutto il gene.LA

POLIADENILAZIONE correda gli mRNA appena trascritti di

una particolare struttura all'altro capo, l'estremità 3'. Si ritiene che

l'apposizione del cappuccio e la poliadenilazione incrementino la

stabilità della molecola e ne facilitino l'esportazione dal nucleo al

citoplasma, conferendole l'identità di messaggero. Nei batteri le

proteine sono codificate quasi sempre da una sequenza di dna

priva di interruzioni, mentre le sequenze codificati dei geni

eucariotici chiamate ESONI sono interrotte da lunghe sequenze

interposte chiamati INTRONI. Le sequenze espresse ESONI

sono di solito più corti degli introni. Gli introni vanno da 1 a 10

000 nucleotidi. Per produrre l'rna messaggero eucariotico

inizialmente il gene viene trascritto in rna in tutta la sua

estensione (esoni e introni). Dopo l'apposizione del cappuccio la

rna polimerasi sta ancora trascrivendo, comincia il processo di

SPLICING taglia e cuci, taglia le sequenze introniche, cuce tutti

gli esoni dall'rna sintetizzato. Alla fine il trascritto viene provvisto

della coda poli-A. Un rna che abbia terminato il processo di

splicing e sia stato modificato alle estremità 5'-3' è una molecola

messaggero funzionale. Lo splicing è operato in gran parte da

molecole di rna e non da proteine, sono proprio le molecole di rna

che individuano il confine tra introni ed esoni e che poi

partecipano alla reazione chimica di taglio e saldatura. Queste

molecole di rna sono dette PICCOLI RNA NUCLEARI snRNA e

si aggregano ad altre proteine per costituire "le piccole particelle

ribonucleoproteiche nucleari" o abbreviato snRNPs. Questi

snRNP formano il corpo centrale dello spliceosoma= grosso

aggregato di molecole proteiche e ribonucleiche che nella cellula

provvede a tagliare gli introni e a ricucire gli esoni. Mentre lo

SPLICING ALTERNATIVO consente di produrre proteine

diverse dallo stesso gene amplificando ulteriormente il potenziale

codificante dei geni eucariotici e accelera l'insorgere di proteine

nuove ed efficienti. La sintesi e l'elaborazione dell'rna messaggero

eucariotico avviene nel nucleo secondo un ordine programmato.

Infatti di tutto l'rna che viene sintetizzato solo una piccola parte

quello maturo è utilizzabile dalla cellula. I pezzi che restano ossia

gli introni escissi sono inutili. La funzione di controllo del

passaggio dell'rna sintetizzato correttamente è svolta dal

COMPLESSO DEL PORO NUCLEARE riconoscendo e

trasportando solo mRNA completi. Questi pori acquosi che

mettono in comunicazione il nucleoplasma in comunicazione con

il citosol fungono da posti di blocco dove si controlla quali

macromolecole possono entrare o uscire. Per avere il

lasciapassare l' mRNA deve essere legato ad un apposito gruppo

di proteine, tra queste proteine alcune si legano alla poliadenina,

altre formano un aggregato sul cappuccio. Il tempo di permanenza

di una molecola di mRNA maturo nella cellula influenza la

quantità di proteina che ne deriva. Prima o poi le ribonucleasi

cellulari demoliscono tutte le molecole di di mRNA in nucleotidi.

La trascrizione è un processo universale tutte le cellule utilizzano

la rna polimerasi e l ' appaiamento delle basi complementari per

sintetizzare l'rna dal dna.

DALL'RNA ALLE PROTEINE

Mentre la trascrizione è un mezzo per trasferire l'informazione

piuttosto semplice da capire visto che rna e dna sono simili per

struttura e per comportamento chimico, tanto che il dna può fare

direttamente da stampo per la sintesi dell'rna tramite l '

appaiamento delle basi complementari; invece per convertire

l'informazione dell'rna in proteina bisogna proprio TRADURRE

l'informazione in un altro linguaggio. Le regole per tradurre la

sequenza nucleotidica del gene, tramite l'rna messaggero, nella

sequenza amminoacidica di una proteina sono note come

CODICE GENETICO. Leggiamo la sequenza nucleotidica per

gruppi di tre e dato che l'rna è un polimero lineare di 4 nucleotidi

diversi ci saranno 4x4x4x4=64 combinazioni possibili di tre

nucleotidi. Ogni gruppo di tre nucleotidi si chiama CODONE. I

codoni di una molecola di mRNA non riconoscono direttamente

gli amminoacidi cui corrispondono, tuttavia la traduzione dell'

mRNA in proteina dipende da molecole adattatrici che

riconoscono e legano sia il codone sia l'amminoacido a siti

diversi. Questi adattatori sono rappresentati da uan serie di

piccole molecole di RNA note come RNA TRASFER lunghe

circa 80 nucleotidi. Nel tRNA ripiegato su se stesso i tratti a

doppia elica sono 4 e la molecola risultante prende la forma di un

trifoglio, esso si ripiega ulteriormente in una struttura compatta

ad L stabilizzata da ulteriori legami a idrogeno. Due sono le

regioni cruciali per la funzione del tRNA nella proteinosintesi.

Una di queste regioni forma l' ANTICODONE, tre nucleotidi

consecutivi capaci di appaiarsi al codone complementare in una

molecola di mRNA. L'altra regione è un breve tratto a singolo

filamento posto al 3' terminale della molecola, è il sito dove il

tRNA si lega all'amminoacido che corrisponde al codone. Il

codice genetico è detto RIDONDANTE quando CODONI

DIVERSI SPECIFICANO UN SOLO AMMINOACIDO. Inoltre

la cellula produce molti tRNA diversi per leggere il codice

genetico dell'rna messaggero. Bisogna però considerare come

ogni tipo di tRNA viene caricato, cioè legato all'amminoacido

codificato da una certa tripletta. IL RICONOSCIMENTO E

L'ATTACCO dipendono da enzimi chiamati AMMINOACIL-

tRNA SINTETASI capaci di unire con un legame covalente ogni

amminoacido al gruppo di tRNA che gli corrisponde. Nella

maggior parte degli organismi esiste una sintetasi diversa per ogni

amminoacido (cioè esistono 20 ammino-sintetasi in tutto). Ogni

sintetasi individua il tRNA giusto in base a nucleotidi specifici. La

sintetasi e i tRNA hanno pari importanza nel processo di

decodifica. L'unione dell'amminoacido all'estremità 3' del tRNA,

catalizzata dalla sintetasi, fa parte di quel gruppo di reazioni

accoppiate all'idrolisi dell'atp d quindi a liberazione di energia. In

questa reazione viene prodotto un legame ad alta energia tra il

tRNA e il suo amminoacido, che verrà consumato nello stadio

successivo della sintesi proteica. Il riconoscimento di un codone

da parte dell'anticodone situato su una molecola di tRNA dipende

dallo stesso tipo di accoppiamento per basi complementari che

governa la replicazione e la trascrizione del dna. Questo

macchinario per la produzione di proteine è il RIBOSOMA, un

grande complesso costituito da oltre 50 molecole proteiche

diverse e da svariati RNA RIBOSOMICI o rRNA. Nel

citoplasma la cellula contiene di solito milioni di ribosomi. I

ribosomi eucariotici e procariotici hanno un'architettura e un

funzionamento molto simili. Entrambi sono formati da una

subunità più grande e una più piccola che combaciano in un

ribosoma completo che ha una massa di 30 000 dalton. La

subunità minore accoppia i tRNA ai codoni dell'mRNA mentre la

subunità maggiore catalizza la formazione dei legami peptidici

che uniscono gli amminoacidi tra loro in una catena polipeptidica.

Le due subunità si associano su una molecola di mRNA. Poi le

due subunità finiscono per separarsi quando la sintesi proteica è

terminata. Ogni ribosoma contiene un sito di legame per una

molecola di mRNA e tre siti di legame per le molecole di tRNA

noti come: sito A sito P e sito E. Affinché un amminoacido possa

legarsi alla catena peptidica nascente, il tRNA carico

dell'amminoacido appropriato si associa al sito A, abbinando le

basi del suo anticodone al codone complementare presente sulla

molecola dell'mRNA. L'amminoacido portato dal tRNA viene poi

collocato al sito P. Dopo il ribosoma slitta e il tRNA ormai scarico

passa al sito E in attesa di essere espulso. Tale ciclo si ripete ogni

volta che un amminoacido si aggiunge alla catena polipeptidica. Il

ribosoma è una delle strutture più grandi e complicate della

cellula, costituito per 2/3 da rna e 1/3 da proteine. Gli rRNA sono

disposti in una conformazione tridimensionale precisa, molto

compatta che costituisce il corpo centrale del ribosoma e

occupano il nucleo interno, mentre le proteine sul ribosoma sono

generalmente disposte in superficie. Pare che la funzione delle

proteine sia quella di facilitare il ripiegamento del nucleo centrale

del ribosoma, di stabilizzarlo e favorire le variazioni di forma

dell'rRNA che aumentano l'efficienza della su primaria attività

catalitica. I tre siti di legame (sito A, P, E) sono costituiti

prin