Dal DNA alle proteine

DAL DNA ALLE PROTEINE: COME LA CELLULA LEGGE IL

GENOMA

TRA TRASCRIZIONE PRODUCE RNA COMPLEMENTARE A

DAL DNA ALL'RNA UNO DEI FILAMENTI DEL DNA

La trascrizione e la traduzione sono dei processi Tutto l'RNA cellulare deriva dalla trascrizione e questa

tramite i quali la cellula legge, quindi esprime, le comincia con l'apertura e la despiralizzazione di un

istruzioni genetiche contenute nei suoi geni. Dallo breve tratto di DNA in cui vengono esposte le basi

stesso gene si possono trarre molte copie identiche di presenti su ciascun filamento, uno dei due filamenti di

RNA e ogni molecola di RNA può digerire la sintesi di DNA poi fa da stampo per la sintesi dell'RNA. I

molte molecole proteiche identiche. Queste ribonucleotidi si aggiungono alla catena di RNA in

amplificazioni successive permettono alle cellule di crescita uno a uno e la sequenza nucleotidica della

produrre la quantità necessaria di una proteina. nuova catena di RNA viene determinata

dall'appaiamento complementare sullo stampo di

Una cellula può modificare l'espressione di ciascuno DNA.

dei suoi geni a seconda delle esigenze del momento. Quando l'appaiamento è appropriato, il

ribonucleotide ultimo arrivato si unisce

TRATTI DELLA SEQUENZA DI DNA VENGONO covalentemente alla catena di RNA in crescita tramite

TRASCRITTI IN RNA una reazione chimica catalizzata da enzimi appositi

detta RNA polimerasi. Il trascritto di RNA si allunga di

un nucleotide alla volta e la sua sequenza è

Per la cellula il primo passo verso la lettura di uno tra esattamente complementare a quella del filamento di

le molte migliaia di geni consiste nel copiarne la DNA utilizzato come stampo.

sequenza nucleotidica in RNA (trascrizione). In questo

processo l'informazione rimane scritta Il filamento di RNA non rimane appaiato al DNA

sostanzialmente nello stesso linguaggio, ossia quello stampo tramite legami a idrogeno ma si distacca ed è

dei nucleotidi. L'RNA è un polimero lineare formato per questo che le molecole di RNA prodotte nella

da 4 tipi diversi di subunità nucleotidiche uniti trascrizione hanno un filamento unico,

attraverso dei legami fosfodiesterici. Differisce complementare a uno solo dei filamenti di DNA.

chimicamente dal DNA per due aspetti: Inoltre, derivando dalla copiatura di regioni di DNA

molto limitate, le molecole di RNA sono anche molto

più corte delle molecole di DNA.

1. I nucleotidi sono ribonucleotidi, questo

significa che contengono lo zucchero ribosio Le RNA polimerasi catalizzano la formazione di legami

2. Contengono la guanina, l'adenina, la citosina, fosfodiesterici che uniscono i nucleotidi tra loro e

mal al posto della timina contengono l'uracile formano l'ossatura zucchero-fosfato della catena di

(U) RNA. L'RNA polimerasi poi avanza passo passo lungo il

Quindi il DNA e l'RNA differiscono abbastanza DNA, svolgendone la doppia elica quel tanto che basta

radicalmente per quanto riguarda la struttura per esporre una regione del filamento stampo e

complessiva. Mentre nella cellula il DNA assume una consentire l'appaiamento delle basi. In questo modo

struttura a doppia elica, l'RNA è a singolo filamento, la catena di RNA si allunga di un nucleotide alla volta

quindi una catena di RNA può ripiegarsi in tanti modi, in direzione 5' --> 3', consumando ribonucleosidi

come accade a una catena polipeptidica che forma trifosfato (ATP, CTP, UTP e GTP) i cui legami ad alta

una proteina, mentre il DNA a doppia elica non può energia alimentano la reazione, spingendola verso la

farlo (esistono vari tipi di RNA che svolgono diversi sintesi.

ruoli strutturali, di regolazione e persino catalitici). 1

Dato che il filamento di RNA si distacca quasi L’RNA transfer (tRNA) costituisce un insieme di

immediatamente dallo stampo di DNA è possibile fare adattatori che selezionano specifici amminoacidi e li

molte copie dello stesso gene in tempi relativamente collocano in posizione opportuna nel ribosoma perché

brevi; per un gene di dimensioni medie una molecola possono essere incorporati correttamente nella

di RNA polimerasi impiega circa 50 secondi per la proteina.

trascrizione. Il termine espressione genica indica quindi il processo

Anche se l'RNA polimerasi catalizza sostanzialmente la attraverso il quale l’informazione codificata in una

stessa reazione della DNA polimerasi, i due enzimi sequenza di DNA viene tradotta in una molecola che

differiscono per alcuni aspetti importanti: produce qualche effetto sulla cellula o sull’organismo

di cui è parte. Quando il prodotto finale di un gene è

una proteina, l’espressione genica comprende una

trascrizione e una traduzione, mentre la traduzione

1. L'RNA polimerasi utilizza i ribonucleotidi come non è prevista quando un prodotto è una molecola di

substrati anziché i fosfati e catalizza la RNA.

formazione del legame tra ribonucleotidi e

non tra deossiribonucleotidi APPOSITI SEGNALI SUL DNA INDICANO ALL’RNA

2. Le RNA polimerasi possono dare inizio a una POLIMERASI DOVE COMINCIARE R DOVE FINIRE LA

catena di RNA senza bisogno di innesco TRASCRIZIONE

(primer) Per comunicare e trascrivere, l’RNA polimerasi deve

riuscire a riconoscere l’inizio di un gene e legarsi

Questa differenza si vede nel fatto che la trascrizione saldamente al DNA in quella posizione. Le RNA

non dev'essere così accurata come la replicazione del polimerasi dei procarioti e degli eucarioti differiscono

DNA, in quanto le cellule non utilizzano l'RNA come leggermente per le modalità in cui riconoscono il sito

serbatoio permanente dell'informazione genetica, per di inizio della trascrizione.

cui gli errori trascritti di RNA hanno conseguenze

relativamente trascurabili per la cellula. Se un RNA polimerasi urta per caso una molecola di

DNA, l’enzima aderisce debolmente alla doppia elica e

scivola lungo il DNA. L’RNA polimerasi si attacca a una

NELLA CELLULA VENGONO PRODOTTI DIVERSI TIPI DI regione definita promotore, cioè una sequenza

RNA specifica di nucleotidi che indica il punto di inizio per

la sintesi di RNA.

La maggioranza dei geni situati sul DNA cellulare L’RNA polimerasi apre poi la doppia elica di fronte al

specifica la sequenza amminoacidica delle proteine. promotore per esporre i nucleotidi dei due filamenti

Le molecole di RNA copiate da questi geni vengono per un breve tratto di DNA. Quindi uno dei due

indicate nel loro insieme come RNA messaggeri filamenti esposti fa da stampo per selezionare tra i

(mRNA). Di solito negli eucarioti un mRNA porta nucleotidi in arrivo quelli che si appaiano

l’informazione trascritta per un solo gene e quindi correttamente, e la polimerasi ne congiunge due per

codifica una sola proteina; invece spesso nei batteri dare inizio alla sintesi della catena di RNA.

un mRNA può essere il trascritto di una serie di geni L’allungamento della catena procede finché l’enzima

adiacenti e quindi portare l’informazione relativa a incontra un segnale sul DNA che sarebbe il segnale di

parecchie proteine diverse. terminazione, dove si ferma rilasciando lo stampo e il

polimero di RNA appena sintetizzato. Questa

Nel caso di altri geni il prodotto finale è l’RNA stesso. sequenza di arresto è contenuta all’interno del gene e

Questi RNA non messaggeri svolgono altre funzioni, viene trascritta dall’estremità 3’ del nuovo filamento

tra cui quella delle molecole regolatrici, strutturali o di RNA.

catalitiche della cellula. Svolgono anche ruoli

importanti nella traduzione del messaggio genetico in Dato che la polimerasi deve legarsi saldamente prima

proteine: gli RNA ribosomiali (rRNA) formano il che la trascrizione abbia inizio, un segmento di DNA

nucleo strutturale di base e catalitico dei ribosomi, sui verrà trascritto solo se preceduto da un promotore.

quali avviene la traduzione dell’mRNA in proteine. 2

Questo garantisce che quei tratti di DNA che 2. La seconda differenza sta nel fatto che mentre

contengono un gene verranno trascritti in RNA. nei batteri l’RNA polimerasi è capace di dare

inizio da sola alla trascrizione, l’RNA

Nella polimerasi batterica il compito di riconoscere il polimerasi eucariotica richiede il concorso di

promotore sul DNA spetta principalmente ad una numerose proteine e, tra queste, le più

subunità della DNA polimerasi, ossia il fattore sigma. importanti sono i fattori generali di

trascrizione, che devono aggregarsi in

Ogni base presenta caratteristiche uniche sull’esterno corrispondenza del promotore prima che

della doppia elica che permettono al fattore sigma di l’enzima possa partire con la trascrizione.

localizzare la sequenza del promotore senza dover 3. La terza caratteristica sta nel fatto che i

separare i due filamenti di DNA. Un altro problema meccanismi che controllano la trascrizione

che deve affrontare l’RNA polimerasi è determinare sono molto più complessi rispetto alla cellula

quali dei due filamenti di DNA deve usare come procariote. Nei batteri i geni tendono a essere

stampo per la trascrizione: ogni filamento contiene situati molto vicino l’uno con l’altro nel DNA,

diverse sequenze nucleotidiche e produce trascritti di separati da tratti brevissimi di DNA non

RNA diversi. Il segreto sta nella struttura del trascritto, mentre negli eucarioti i vari geni

promotore perché ogni promotore ha una sono sparsi nel DNA, intervallati da tratti

determinata polarità; contiene due sequenze lunghissimi. Questa architettura del

nucleotidiche a monte del sito di inizio della cromosoma fa si che un singolo gene possa

trascrizione che localizza l’RNA polimerasi, essere controllato da un numero