Codice genetico

Codice genetico

Le cellule di un organismo pluricellulare, per poter conservare l’omeostasi, ovvero il mantenimento dell’equilibrio delle funzioni dell’organismo e delle caratteristiche chimico-fisiche del suo ambiente interno, nonostante le variazioni dell’ambiente esterno, devono sintetizzare molti tipi di sostanze. Gran parte del macchinario cellulare risulta tuttavia finalizzato principalmente alla sintesi di un gran numero di proteine diverse. Dalla sintesi proteica dipendono in definitiva le caratteristiche fisico-chimiche delle cellule e dell’organismo di cui fanno parte. Il tipo di proteine che un organismo sintetizza è del tutto particolare e dipende dal tipo di DNA ereditato che determina la comparsa di tratti specifici dell’organismo.

Espressione genica

Il processo attraverso cui il DNA dirige la sintesi delle proteine viene detto espressione genica. L’espressione dei geni che codificano per le proteine, vale a dire il flusso di informazioni dai geni alle proteine, avviene in due fasi: la trascrizione (sintesi dell’RNA dettata dal DNA) e la traduzione (sintesi di un polipeptide sotto la guida dell’mRNA). Cambiamenti in questi geni (mutazioni geniche) comportano cambiamenti delle proteine da essi codificate che determinano effetti sugli organismi.

Definizione di codice genetico

Viene detto codice genetico l’insieme delle modalità di codifica, all’interno degli acidi nucleici (DNA e RNA), delle istruzioni per poter assemblare in modo ordinato gli amminoacidi, così da produrre una specifica catena polipeptidica e quindi una proteina.

Dal DNA alle proteine

Processi di trascrizione e traduzione nei procarioti.

• Interno della cellula
• DNA
• mRNA
• Trascrizione (sintesi di RNA)
• Traduzione (sintesi delle proteine)
• Ribosoma
• tRNA
• Polipeptide

Universalità del codice genetico

Il codice genetico è quasi universale, viene infatti condiviso da organismi molto diversi fra loro, dai più semplici batteri agli organismi complessi come gli animali e le piante. Il problema che si pose inizialmente ai biologi molecolari, all’inizio degli anni ’60, era capire come quattro basi nucleotidiche (adenina, timina, guanina, citosina; in sigla A, T, G, C) riuscissero a codificare per tutti i venti aminoacidi (AA). Si capì ben presto che le triplette di basi nucleotidiche rappresentano le più piccole unità di lunghezza costante che possono codificare per tutti gli aminoacidi: se ogni combinazione di tre basi consecutive (tripletta) codificasse per uno specifico aminoacido, esisterebbero 64 (4³) possibili “parole” codificanti e quindi ben superiore ai venti aminoacidi. Perciò il codice genetico consiste nel fatto che il flusso dell’informazione dal gene alla proteina si basa su un codice a triplette: le istruzioni genetiche per poter formare una catena polipeptidica sono codificate nel DNA da tre nucleotidi, quindi da codoni, ovvero triplette di basi.

Per esempio, la tripletta di basi azotate AGT, posta lungo il filamento di DNA, determina la disposizione dell’aminoacido serina nel polipeptide in formazione con la sintesi proteica; è il gene che determina durante la trascrizione la sequenza di basi in una molecola di RNA messaggero (mRNA). Tuttavia, per ciascun gene è solo uno dei due filamenti di DNA che viene trascritto: esso viene detto filamento stampo in quanto rappresenta lo stampo che occorre per ordinare la sequenza di nucleotidi in un trascritto di RNA. Una molecola di mRNA è tuttavia complementare e non identica rispetto allo stampo di DNA, e ciò per una serie di ragioni. Da un lato perché la molecola di RNA risulta strutturalmente differente dal DNA, infatti essa contiene la base azotata uracile (U) al posto della base timina (T) del DNA; dall’altro essa contiene lo zucchero ribosio al posto del desossiribosio.

Inoltre, vi è il fatto che la molecola di RNA è sintetizzata in una direzione antiparallela rispetto allo stampo di DNA: per esempio la tripletta di basi ACC del DNA (scritta 3’-ACC-5’) costituisce uno stampo per 5’-UGG-3’ nella molecola di mRNA. Le triplette nucleotidiche di mRNA sono dette codoni e vengono scritte nella direzione 5’→3’: nell’esempio precedente, UGG è il codone per l’aminoacido triptofano. Il termine codone viene usato anche per indicare le triplette di basi presenti sul filamento di DNA che non viene utilizzato da stampo (questi codoni sono complementari al filamento stampo e quindi risultano di sequenza identica a quella).