Biologia generale

Catene laterali polari ma non cariche Basiche (carica positiva): lisina, arginina, istidina

Catene laterali cariche Acide (carica negativa): acido aspartico, acido glutammico

- Catene polipeptidiche

• polimeri di amminoacidi uniti da un legame peptidico tra il gruppo amminico di uno e il gruppo

carbossile dell'altro

• hanno un'estremità N-terminale e un'estremità C-terminale corrispondenti ai gruppo amminico

e carbossilico degli amminoacidi agli estremi della catena

- Proteine

• catene polipeptidiche di valore biologico

• la loro funzionalità è determinata dalla struttura

Trascrizione nei procarioti

- si chiama così perché riporta in una molecola più piccola una parte dell’informazione genetica

racchiusa nel DNA; non cambia il linguaggio con cui questa è espressa

- necessita di nucleosidi trifosfati (sintetizzati dalla cellula: ATP, GTP, CTP, UTP) e di un filamento

di DNA stampo; non necessita di uno starter come avviene per la replicazione

- ogni gene procariotico non contiene parti non codificanti

- il processo è catalizzato da RNA polimerasi (RNApol), enzima proteico costituito da 5 subunità

(αα’ββ’σ); la subunità σ si può separare dal complesso

- RNApol apre una bolla di trascrizione: separa temporaneamente i due filamenti di DNA

- la trascrizione avviene sempre in direzione 5’-3’; ogni gene è codificato su uno dei due filamenti

quindi la direzione in cui RNApol si muove determina quale dei due filamenti sarà trascritto (la

trascrizione è un processo asimmetrico); il filamento trascritto in mRNA è detto filamento

antisenso mentre l'altro, uguale al filamento di mRNA trascritto, è detto filamento senso

- RNApol legato alla sublimità σ (RNA polimerasi oloenzima) scorre velocemente lungo il

filamento di DNA finché incontra una sequenza promotore al quale la subunità σ si lega

saldamente; a questo punto la polimerasi inizia la trascrizione di un tratto di circa 10 nucleotidi

(inizio abortivo) che procede molto lentamente; la subunità σ si separa dal complesso di

trascrizione che adesso procede verso l’estremità 3’ a ritmo sostenuto finché incontra una

sequenza terminatore in cui il filamento di RNA si stacca e RNApol si separa dal DNA, si lega a

una nuova subunità σ ed è pronto per iniziare una nuova trascrizione

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- la sequenza terminatore è costituita da una serie palindroma di nucleotidi A e T: il legame a

idrogeno doppio tra A e U rende più debole l’ibrido DNA-RNA che si crea nel sito attivo di

RNApol: questo facilita il distacco dell’RNA e del DNA dalla polimerasi; una volta trascritta questa

sequenza, poi, la disposizione simmetrica delle basi azotate complementari fa assumere all’RNA

una struttura secondaria a forcina che rallenta la progressione della polimerasi e facilità il

distacco dell'mRNA; il terminatore procariotico è detto anche intrinseco (perché dato dalla

struttura secondaria del filamento di RNA) e Rho dipendente (dipendente dal Fattore Rho che ha

un’attività di elicasi sull’ibrido DNA-RNA dove rompe i legami a idrogeno tra le basi

complementari)

- RNApol catalizza la formazione di legami fosfodiesterici tra due ribonucleotidi adiacenti: l’energia

necessaria deriva dall’idrolisi dei legami ad alta energia dei substrati nucleosidici; quando nel sito

attivo della polimerasi arriva un ribonucleoside complementare al nucleotide del DNA questo

viene legato alla catena di RNA in crescita (trascritto)

- il trascritto si separa subito dal filamento di DNA: in questo modo la doppia elica torna allo stato

originario e l’RNA viene liberato come filamento singolo

- al processo di trascrizione segue quello di traduzione, a meno che il prodotto finale previsto non

sia l’RNA stesso

- RNApol sintetizza anche un RNA precursore che dopo essere tagliato da RNAsi III e RNAsi P

costituiscono le subunità 16S, 23S e 5S del ribosoma (rRNA) e il tRNA

Trascrizione negli eucarioti

- gli eucarioti hanno tre tipi di RNApol che trascrivono diversi tipi di geni

RNA polimerasi I rRNA 5.8S, 18S e 28S

RNA polimerasi II mRNA che codificano per proteine e miRNA

RNA polimerasi III tRNA, rRNA 5S, snRNA

- a differenza della trascrizione batterica:

• RNApol II è costituita da circa 20 subunità

• l’avvio della trascrizione richiede i fattori generali di trascrizione (mentre nei procarioti

richiede solo il fattore σ)

• il DNA degli eucarioti è compattato in nucleosomi e in cromatina

- i fattori generali di trascrizione (TFII, fattori di trascrizione per RNA polimerasi II) servono a

posizionare RNApol sul promotore, ad aprire la doppia elica del DNA e a rilasciare RNApol dal

promotore per consentirgli di avanzare lungo il filamento

- Promotore dei geni eucariotici

• promotore per RNApol I

- Nucleo del promotore: si estende da -45 a +20; vi si lega un fattore formato da 4 proteine tra

cui la TBP; da solo è sufficiente a garantire l'inizio della trascrizione

- Elemento a monte del promotore (Upstream Promoter Element): si estende da -180 a -107

ed è ricco in GC; ad esso si lega la proteina UBF

• promotore per RNApol II

- Nucleo del promotore: serie di sequenze in cis necessarie per l'inizio della trascrizione; lega

i TFII ed è costituito da:

• BRE (TFIIB Recognition Element): elemento riconosciuto da TFIIB; localizzato a circa -35

• TATA box: sito di legame per TBP in grado di promuovere da sola l'inizio della trascrizione

in vitro ed è posta a -25 4

• Sequenza iniziatore (Inr): sul sito d'inizio della trascrizione; insieme alla TATA box produce

un effetto sinergico

• DPE (Downstream Promoter Element): situato a +30; presente nei promotori privi della

TATA box e funziona solo se è presente anche Inr

• promotore per RNApol III

- Tipo 1: nei geni per l'rRNA 5S; presenta due elementi di controllo a valle del punto d'inizio

della trascrizione: boxA e boxC

- Tipo 2: nei geni per il tRNA; contiene due elementi di controllo detti boxA e boxB a valle del

punto d'inizio della trascrizione

- Tipo 3: nei geni per gli snRNA; costituito da tre elementi detti Oct, PSE e TATA a monte del

punto d'inizio della trascrizione

- Inizio della trascrizione

• TFIID si lega alla sequenza TATA box (costituita da T e A posta a -25) tramite la subunità TBP

(TATA-binding protein) provocando una distorsione nel DNA

• TFIIB si lega adiacente a TFIID in BRE e il resto dei fattori e RNApol II si legano al promotore

• TFIIH contiene una DNA elicasi che espone il filamento singolo idrolizzando ATP

• RNApol II inizia a trascrivere rimanendo ancorata al promotore per un breve tratto

• RNApol II è fosforilata sulle serine del CTD (Dominio C-terminale) da TFIIH; ciò le consente di

liberarsi dai fattori e di iniziare la fase di allungamento della trascrizione

• i fattori di trascrizione si dissociano dal DNA mentre la polimerasi continua la trascrizione

• per iniziare la trascrizione c’è bisogno di proteine attivatrici che regolano anche la frequenza e

lo schema del processo; interviene anche un mediatore proteico che permette a RNApol II di

comunicare con le proteine attivatrici e con i fattori di trascrizione

• essendo il DNA condensato in cromatina, per trascriverlo entrano in gioco anche complessi di

rimodernamento della cromatina ed enzimi modificatori degli istoni

- Modificazioni dell’mRNA

• l’mRNA trascritto si presenta sotto forma di pre-mRNA; esso subisce modifiche che avvengono

contemporaneamente alla trascrizione

• Aggiunta del cappuccio all’estremità 5’

- avviene durante la trascrizione, dopo che sono stati trascritti circa 25 nucleotidi

- il cappuccio è una 7-metilguanosina

- 1. una fosfatasi rimuove un gruppo fosfato dall’estremità 5’ dell’mRNA

- 2. una guanina trasferasi aggiunge un GMP con un legame inverso (5’-5’)

- 3. una metil trasferasi aggiunge un gruppo metilico alla guanosina

- gli enzimi sono ancorati alla coda fosforilata di RNApol II quindi il processo avviene non

appena l’mRNA esce dalla polimerasi

• Poliadenilazione all’estremità 3’

- l’estremità 3’ è modificata dalle proteine CstF (fattore di stimolazione del taglio F) e CPSF

(fattore di specificità del taglio e poliadenilazione)

- l’mRNA viene tagliato in corrispondenza di una sequenza AAUAAA e poli-A polimerasi

aggiunge circa 200 nucleotidi A all’estremità 3’ della molecola; su di essa si legano proteine

che legano il poli-A

- poli-A polimerasi non richiede uno stampo quindi la sequenza di adenine non è codificata nel

genoma

- l’mRNA che si sintetizza dopo il taglio è privo del cap al 5’ e viene degradato velocemente

da una nucleasi sulla coda di RNApol: questo provoca la fine della trascrizione

• Splicing

- il gene eucariotico contiene sia sequenze codificanti (esoni) che sequenze non codificanti

(introni); con lo splicing vengono eliminati gli introni dal filamento di mRNA

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Traduzione

- traduce l’informazione genetica contenuta nell’mRNA in proteine basandosi sul codice genetico

- avviene allo stesso modo sia nei procarioti che negli eucarioti ma sfruttando molecole differenti

- la sequenza di nucleotidi è interpretata a gruppi di 3; ogni tripletta è chiamata codone e ogni

3

codone codifica per un amminoacido: è possibile quindi tradurre 4 = 64 amminoacidi

- avviene nel citoplasma della cellula

- in natura si conoscono circa 20 amminoacidi quindi alcuni codini codificano per lo stesso

amminoacido

- caratteristiche del codice genetico

• universale: letto allo stesso modo in ogni cellula di ogni organismo

• degenerato o ridondante: alcuni amminoacidi sono specificati da più di un codone

• non è ambiguo: non esistono codini che specificano per più di un amminoacido

• non è sovrapposto: la lettura avviene con un passo di tre nucleotidi per volta e il codone

successivo inizia dal quarto nucleotide della serie

• è senza virgole: non esistono codoni inutili

• i codoni che specificano per lo stesso amminoacido differiscono quasi sempre per il terzo

nucleotide

• codoni di stop: UAA - UAG - UGA non codificano per nessun amminoacido; indicano il

termine della catena polipeptidica della proteina

• codone di inizio: AUG è il punto di inizio della traduzione; codifica anche per l’amminoacido

metionina (Met) (nei batteri è la Formilmetionina)

- tRNA

• RNA transfer: piccole molecole di RNA di circa 80 nucleotidi con una