Flusso dell'informazione genetica

Trascrizione negli eucarioti

Sebbene il processo di trascrizione del DNA sia meccanismo simile nei procarioti e negli eucarioti, è considerevolmente più complesso negli eucarioti.

Negli eucarioti ci sono tre tipi di RNA polimerasi:

1. RNA polimerasi I: sintetizza i grossi RNA ribosomali (28S, 18S, 5,8S).
2. RNA polimerasi II: trascrive i geni il cui RNA verrà tradotto in proteine, geni di snoRNA e alcuni geni di snRNA.
3. RNA polimerasi III: sintetizza una varietà di RNA piccoli e stabili come l'RNA ribosomale 5S, gli RNA transfer e alcuni geni di snRNA.

Una distinzione importante tra la RNA polimerasi batterica e la RNA polimerasi II degli eucarioti è che:

1. L'enzima eucariotico per iniziare la trascrizione necessita di proteine di inizio che devono legarsi al promotore prima che si possa legare l'enzima.
2. L'inizio della trascrizione

La cellula eucariotica deve tenere conto del compattamento del DNA nei nucleosomi e in forme di ordine superiore di struttura della cromatina, caratteristiche assenti nei cromosomi dei batteri. I promotori riconosciuti dalle RNA polimerasi hanno caratteristiche peculiari.

L'RNA polimerasi I riconosce due sequenze che costituiscono l'elemento promotore core ed un elemento promotore a monte. L'RNA polimerasi II riconosce il promotore caratterizzato da una sequenza particolare definita, per la sua composizione in adenine e timine; TATA box, talvolta è necessaria anche un'altra sequenza definita CAAT box. L'RNA polimerasi II richiede i fattori generali di trascrizione. Le proteine sono "generali" perché si assemblano su tutti i promotori usati dall'RNA polimerasi II.

(1) Aiutano a posizionare l'RNA polimerasi correttamente sul promotore;

(2) Aiutano a separare i due filamenti di DNA per permettere l'inizio della trascrizione e rilasciano.

l'RNA polimerasi dal promotore nella modalità di allungamento una volta che la trascrizione è cominciata. Come la RNA polimerasi batterica, la polimerasi II rimane nel promotore, fino a che subisce un cambiamento conformazionale e viene rilasciata per iniziare a trascrivere un gene. Un passaggio chiave in questo rilascio è l'aggiunta di gruppi fosfato alla "coda" della RNA polimerasi (nota come CTD o dominio C-terminale). Questa fosforilazione è catalizzata anche da TFIIH, che, oltre ad un'elicasi, contiene come subunità una proteina chinasi. La polimerasi può allora staccarsi dal gruppo dei fattori generali di trascrizione, subendo una serie di cambiamenti conformazionali che rafforzano la sua interazione con il DNA e acquisendo nuove proteine che le permettono di trascrivere per lunghe distanze senza dissociarsi. Il rimodellamento della cromatina è un problema della trascrizione negli eucarioti.

cromatina è cruciale nel permettere o meno che undeterminato gene sintetizzi RNA. I siti che presentano maggiore sensibilità sono localizzati nelle regioni al 5' deigeni. Essi si estendono per un centinaio di nucleotidi verso l'estremo 3', nelmomento della trascrizione, e vengono denominati siti ipersensibili alle nucleasi.

Il DNA, dunque, è maggiormente esposto all'attacco delle nucleasi e ciò puòavvenire perché intervengono proteine specifiche che rimodellano la struttura delnucleosoma, senza però distruggerla, utilizzando ATP.

L'aggiunta di particolari gruppi agli estremi ammino-terminale è uno dei fenomenimeglio evidenziati nel determinare il riarrangiamento della cromatina. Anche la , la e , e lafosforilazione metilazione l'acetilazione l'ubiquitinazionesembrano avere un ruolo chiave agendo in modo da alterare lesumoilazionedistribuzioni di cariche elettriche.

Il codice istonico risultato

di tutte le combinazioni ottenute rappresenta il dall'aggiunta o dalla sottrazione dei gruppi sopracitati.

Attualmente sono stati identificati alcuni geni coinvolti sia nell'acetilazione (formazione di eucromatina) che nella deacetilazione (formazione di eterocromatina). Quando gli istoni sono deacetilati la trascrizione è repressa; quando gli istoni sono acetilati si ha attiva trascrizione.

MATURAZIONE DELL'mRNA

Durante il trasferimento dal nucleo al citoplasma, l'mRNA subisce profonde trasformazioni che vengono denominate come:

• aggiunta di una guanosina monofosfato in 5' (GMP) - Capping
• conferisce al messaggero ulteriore stabilità - Metilazione
• aggiunta di numerosi ribonucleotidi contenenti adenina - Poliadenilazione
• rimuovere sequenze che non hanno significato - Splicing
• cambiamento a livello post-trascrizionale delle sequenze dell'mRNA - Editing

L'allungamento della trascrizione negli eucarioti è strettamente accoppiato

Alla modificazione dell'RNA.

• Le modificazioni al 5' e 3' permettono alla cellula di stabilire se sono presenti entrambe le estremità di una molecola di RNA (e quindi se il messaggero è intatto) prima di esportare l'RNA dal nucleo per tradurlo in proteina.
• Il cappuccio media il legame con i ribosomi quindi è necessario per la traduzione.
• Lo splicing dell'RNA fornisce agli eucarioti superiori la capacità di sintetizzare parecchie proteine diverse dallo stesso gene.

La metilazione delle citosine del DNA del promotore blocca la trascrizione.

Traduzione: dall'mRNA alle proteine

Il codice genetico stabilisce la corrispondenza fra sequenza di nucleotidi nell'RNA e la sequenza di aa nelle proteine.

Caratteristiche del codice genetico

• Tripletta: unità elementare codificante
• Continuo: il codice viene letto in maniera continua
• Degenere
• Universale: uguale per tutti gli organismi

I microRNA sono importanti regolatori.

dell’espressione genica. L’apparato di traduzione: i ribosomi ed i tRNA ribosomi I sono costituiti da 2 subunità che hanno una forma simile nei batteri e proteine negli eucarioti. Essi sono . Le vengono costituiti da proteine ed rRNAS – small – e L – large indicate con le lettere – a seconda se appartengono alla subunità maggiore o a quella minore. Il complesso formato dalle proteine e dagli rRNA ha un ruolo fondamentale in alcune reazioni che avvengono durante la sintesi proteica. In particolare, l’attività catalitica sembra risiedere in alcuni rRNA che sarebbero quindi dei ribozimi. tRNA I vengono raffigurati con una forma a trifoglio. È presente una struttura tridimensionale a L rovesciata. Partendo dall’estremità 3’OH e proseguendo lungo 5’P – CCA – 3’OH. la struttura a trifoglio verso l’estremo 5’P, si trova la sequenza Tale sito viene definito accettore perché lega

l'amminoacido all'estremo COOH dopo che questo è stato attivato. L'enzima che lega l'amminoacido al sito accettore si chiama amminoacil-tRNA-sintetasi e lega specificatamente un amminoacido al suo tRNA riconoscendolo in siti specifici. Subito dopo, il primo braccio dell'ansa T pseudouracile incontra il . Tanto è maggiore la lunghezza dei tRNA tanto più ampia sarà l'ansa variabile in modo da mantenere, fra tutti gli tRNA, uguale il parametro altezza, compresa fra il 3'OH e che viene l'ansa dell'anticodone immediatamente dopo. Questa possiede 3 nucleotidi (che definiscono l'anticodone) che si accoppiano ai 3 nucleotidi del codone. Il quarto ed ultimo braccio termina con che contiene diidrouracile. L'ansa D* APPAIAMENTO TRA tRNA e mRNA segue la regola dell'appaiamento tra basi complementari tra filamenti antiparalleli. Traduzione nei procarioti

GTP-dipendente

Si distingue fase ATP-dipendente e GTP-dipendente. Nella fase distinguiamo 3 momenti: inizio, allungamento e termine della traduzione.

FASE ATP-dipendente

Perché gli a.a. siano portati sui codoni specifici, è necessario che siano legati al proprio tRNA. mediata da enzimi La formazione del è complesso amminoacil-tRNA noti come amminoacil-tRNA sintetasi. Generalmente ve ne è solo uno per ogni amminoacido. Il riconoscimento fra l’a.a. ed il suo tRNA avviene perché l’enzima La reazione prevede 2 tappe: riconosce vari segnali interspersi nei tRNA. - la prima è la formazione dell’anidride mista fra il COOH dell’a.a. ed il residuo fosforico dell’AMP, che deriva dall’ATP per liberazione del pirofosfato; - la seconda tappa è la reazione del complesso amminoacil-AMP con il terminale 3’OH del tRNA con conseguente perdita dell’AMP ed idrolisi del pirofosfato legame fra l’a.a. ed il tRNA

stabile. Ciò rende il formatosi in precedenza.

FASE GTP-dipendente

1. Inizio

Il problema dell'inizio della sintesi proteica è di individuare nell'ambiente citoplasmatico non solo l'mRNA ma anche la giusta cornice di lettura. È infatti necessario individuare sull'mRNA il giusto segnale di inizio della traduzione (talvolta GUG) che è distante una trentina di basi a partire dall'estremo 5'P.

Prima della corretta tripletta di inizio, c'è un segnale costituito da basi complementari ad una sequenza posta sulla sub unità minore dell'rRNA. I fattori IF1 e IF3, segnale permette alla subunità minore del ribosoma, grazie ai diadagiarsi per prima sull'mRNA posiziona dosi in modo da individuare l'AUG d'inizio e quindi la giusta cornice di lettura., grazie all'idrolisi di GTP.

In un secondo momento il porta il primo a.a. fattore IF2 specificato dalla tripletta AUG.