Biologia e genetica - trascrizione nei procarioti

La trascrizione

Come sostenevano Watson e Crick, il DNA ha la intrinseca capacità dell'autoreduplicazione. Sono state abbandonate così altre strade, come il modello dispersivo e la reduplicazione come stampo dell'intera molecola. La reduplicazione del DNA precede il momento della divisione cellulare, qualunque essa sia, per esempio nei batteri, che reduplicano il proprio materiale genetico e le cellule figlie avranno non solo la stessa qualità di DNA, ma anche la stessa quantità della cellula dalla quale derivano. Tutto quello che un organismo fa, e tutte le sue strutture, è determinato geneticamente. Il programma cellulare deve essere letto e tradotto in sostanze chimiche. L'informazione genetica porta alla sintesi di proteine. Anche gli enzimi sono proteine. Il prodotto genetico è sempre una proteina, che può essere una proteina strutturale o un enzima che va incontro a una serie di reazioni che può anche portare alla.di un glicide, il quale glicide poi sarà la componente strutturale. Il problema è di capire come un linguaggio di nucleotidi possa essere trasformato in un linguaggio di amminoacidi. Il DNA è ancorato a delle strutture, che negli eucarioti sono strutture endonucleari, e nei procarioti sono addensate in porzioni del citoplasma. In qualche batterio più grosso è stata intravisto un abbozzo di membrana nucleare, ma molto approssimato. Questo addensamento di cromatina in una particolare zona del citoplasma prende il nome di nucleoide. Essendo ancorato a queste strutture, difficilmente questo messaggio può muoversi e quindi può essere letto, perché verifiche sperimentali hanno dimostrato che la lettura di questo messaggio avviene nel citoplasma, o comunque a livello di alcune strutture citoplasmatiche che nei batteri sono libere, negli eucarioti sono assorbiti in strutture endomembranosi cellulari. Questi organuli sono i ribosomi, sono

La sede della traduzione di questo messaggio. Evidentemente ci deve essere qualcosa che colleghi i vari momenti, in modo che il messaggio possa essere trasferito a molecole intermediarie. È un po' come l'organizzazione di un cantiere: il DNA è l'ingegnere capo il quale impartisce gli ordini al capocantiere, il capocantiere si reca in loco e riferisce agli operai gli ordini dell'ingegnere capo, gli operai eseguono gli ordini. Vediamo qual è la sequenza degli eventi per cui il messaggio si trasferisce dal DNA agli "operai". Questo tipo di passaggio prende il nome di trascrizione: il messaggio, che è un messaggio chimico, deve passare da una molecola a un'altra. Una volta che si è formata la molecola intermediaria, che non esiste come tale ma deve essere sintetizzata, questa molecola è pronta, contenendo il messaggio chimico, a portare l'ordine dal DNA al cantiere, fino al momento della traduzione del messaggio.

o translation. Occorrono vari tipi di molecole, che agiscono in modo tale da evitare errori, giacché sono passaggi molto delicati. È come la pellicola di un film, dove l'immagine è l'espressione di più fotogrammi; se su un fotogramma c'è un errore, si vedrà l'immagine sbagliata. Molti di questi errori sono corretti da alcuni DNA polimerasi nella duplicazione, ma nella trascrizione questa possibilità non c'è, perché le molecole che sovrintendono a questo tipo di passaggio non hanno questa capacità. Anche il momento della lettura del messaggio è molto delicato, perché deve avvenire correttamente. Sono meccanismi molto delicati. Nel momento della trascrizione, una sequenza di nucleotidi devono essere trascritti su un'altra molecola, ma non è una reduplicazione. Passano su una molecola di RNA: gli RNA si stampano sul DNA. L'RNA è molto simile al DNA, nedifferisce per lo zucchero, non è un desossiribosio ma un ribosio; perché non troviamo la timina, ma l'uracile; perché i DNA sono a doppia elica mentre gli RNA sono a singolo filamento, anche se qualche volta all'interno di questo filamento c'è complementarietà, quindi si possono formare legami idrogeno simulando un doppio filamento, ma di fatto il filamento è uno. Gli RNA che conosciamo sono di tre tipi: abbiamo i più piccoli che sono i t-RNA, o RNA di trasferimento che prende l'amminoacido e lo porta al ribosoma, gli RNA strutturali, che entrano a far parte della famiglia dei ribosomi e sono gli r-RNA o RNA ribosomiali, e poi il capocantiere, cioè l'm-RNA o RNA messaggero che porta il messaggio del DNA agli "operai". I tre tipi di RNA hanno caratteristiche che li contraddistinguono, per esempio, sia i r-RNA che i t-RNA hanno caratteristiche molto conservate, mentre gli m-RNA sono molto variabili.

Perché portano un messaggio la cui lunghezza dipende dalla lunghezza che c'è sul DNA. La lunghezza media di un RNA messaggero è di circa 1200 bp. La complementarietà delle basi fa sì che quando il DNA si apre, tutti i nucleotidi che ribolliscono nel nucleo vanno a urtare con le basi del DNA. Se per esempio su una A arriva un nucleotide contenente la C, per una frazione di secondo formano un legami idrogeno, poi non c'è stabilità e si rilasciano. Ma se arriva quello che ha l'uracile forma i due legami idrogeno e si stabilizza. La molecola che è capace di operare questo tipo di polimerizzazione certamente non è una DNA polimerasi, ma deve essere una RNA polimerasi. Si vide come nelle cellule viventi i tipi di RNA polimerasi che possiamo riscontrare sono diversi, è stato dimostrato come nelle cellule procariote esiste un solo tipo di RNA polimerasi, costituito da più subunità, formata da 5 catene polipeptidiche.

4 di esse formano il CORE dell'enzima, ossia la parte costante, la quinta costituisce la catena variabile. Le catene che costituiscono il CORE α, β β e β1 1 enzimatico sono date da due catene, una catena α e una catena β. Sono molto simili tra di loro, differiscono soltanto per alcune sostanze in poliamminoacidi, tanto da caratterizzarle però e differenziarle in β e β1. La quinta catena è altamente specifica, che dà specificità all'enzima, e prende il nome di fattore. Di fattori ne esistono parecchi. I geni sono da 30 a 35 mila, ma non tutti i geni codificano proteine; gli RNA polimerasi copiano e polimerizzano i ribonucleotidi. Nei batteri è presente un solo tipo di RNA polimerasi, ma hanno una catena che è altamente specifica, perché essendo parecchi i geni che devono essere trascritti, questi geni non vengono trascritti tutti contemporaneamente, ma vengono trascritti quei geni i cui prodotti in quel momento sono necessari.

necessitano alla cellula; dunque all'interno di un progetto genetico, esistono dei segnali di riconoscimento delle regioni che devono essere trascritte, dunque deve esistere anche una molecola capace di riconoscerli. Il riconoscimento da parte dell'RNA polimerasi della regione che deve trascrivere è σ. Legata alla specificità del fattore Se si mettono a contatto un CORE enzimatico dell'RNA polimerasi, questo si legherà al DNA, c'è affinità perché ad ognuna delle catene del CORE è legata l'affinità al DNA, è un legame proteina-DNA. Si legherà non in maniera specifica; se invece al σ,CORE si aggiunge una catena questa perlustrerà il DNA e andrà a legarsi in una determinata regione del DNA. Per gli eucarioti le cose si complicano: mentre nei procarioti avevamo un solo tipo di RNA polimerasi, negli eucarioti è stata provata la presenza di diversi tipi: RNA polimerasi I (nel nucleolo),

II e III (nel nucleoplasma). Esistono anche quelle mitocondriali, dato che i mitocondri possiedono un loro corredo genetico, e quelle dei cloroplasti. Il nucleolo è la sede della sintesi di RNA; gli RNA che si formano nel nucleolo sono quelli ribosomiali (28 Sv, 18 Sv e 5,8 Sv). Sv (Svedberg) è un'unità di misura di tempo: misura il tempo necessario perché quella particella, in-13 condizioni ben precise, sedimenti se sottoposta a centrifugazione. 1 Sv = 1 · 10 sec. Dal punto di vista chimico-fisico queste molecole vengono identificate da queste unità. Le RNA polimerasi di tipo II si trova nel nucleo e trascrive le porzioni del genoma che codificano per le proteine. Ma trascrive anche piccoli geni che portano alla sintesi di piccolissime molecole di RNA che si trovano nel nucleo, gli sn-RNA (small nuclear RNA). Gli RNA polimerasi di tipo III è localizzata nel nucleo; trascrive formando gli t-RNA, e un altro tipo di RNA ribosomiale che

non si forma nel nucleolo, ma si forma nel nucleo. Dal punto di vista chimico, li contraddistinguiamo per la loro sensibilità o meno a un veleno: l'α-amanitina, estratta dall'Amanita Phalloides. L'RNA polimerasi di tipo I è insensibile a questo veleno (è molto vicina alla polimerasi procariotica). Gli altri due presentano una sensibilità graduale: molto sensibile il tipo II, sensibilità intermedia il tipo III. Le RNA polimerasi eucariotiche sono molto più complesse: mentre nelle procariotiche avevamo la semplice struttura a 5 catene, le RNA polimerasi procariotiche hanno molte più strutture (si parla di 8-10 catene). Di queste strutture, poche hanno similarità al CORE batterico. L'organizzazione di un gene è data da una porzione codificante, preceduta a monte (o in 5') una regione detta promotrice (o promotore), e seguita da un'altra regione a valle (o in 3') dove esistono segnali cheportano alla interruzione di trascrizione, segnali di terminazione di copiatura. GENE5’ 3’3’ 5’ PROMOTORE SEQUENZA CODIFICANTE DELL’RNA TERMINATORE SITO DI INIZIO SEGNALE DI TRASCRIZIONE TERMINAZIONE Il messaggio genetico è su una delle due catene: delle due catene una è un filamento di senso, quello 5’-3’, è questo filamento che porta il messaggio genetico; l’altro (3’-5’) è la cosiddetta elica di stampo. Elica di senso significa che porta il messaggio, ma l’RNA polimerasi non lavora su quest’elica, ma sull’altra. Siccome il filamento di RNA si forma per complementarietà delle basi, se il filamento di stampo fosse lo stesso che ha il messaggio genetico, su di esso si formerebbe un altro filamento che avrebbe direzione 3’-5’, e che porterebbe i nucleotidi complementari. Se sulla sequenza codificante abbiamo una sequenza di ATG, nel momento in cui su questo stampo sil DNA in RNA, si avrà una sequenza di RNA complementare alla sequenza di DNA originale.