Replicazione, trascrizione, traduzione

MECCANISMO DELLA TRASCRIZIONE

Nella regione in cui ha luogo la trascrizione di un gene, solo uno dei due filamenti di DNA viene usato come stampo per la sintesi di un filamento complementare di RNA. Il filamento di DNA che viene utilizzato è detto filamento stampo mentre il filamento di DNA complementare è detto filamento di non-stampo o filamento senso.

È necessario specificare che il filamento di DNA usato per la trascrizione può essere diverso in geni diversi. Ad esempio, come in figura, il gene 1 e il gene 3 sono trascritti dallo stesso filamento di DNA mentre il gene 2 dal filamento complementare sempre in direzione 5'-3'.

Gli enzimi coinvolti nella trascrizione dell'RNA sono le RNA polimerasi che catalizzano la formazione del legame fosfodiesterico tra il 3' OH della catena in fase di crescita e il 5' fosfato del ribonucleotide che viene aggiunto. I precursori sono i ribonucleotidi-3-fosfato che, quando si legano alla catena.

nascente, rilasciano pirofosfato. Come la DNA polimerasi anche le RNA polimerasi hanno un’unica direzione di crescita ovvero dal 5’ al 3’. Quindi la catena nascente di RNA è antiparallela al filamento di DNA stampo. Le RNA polimerasi, a differenza delle DNA polimerasi, possono iniziare nuove catene polinucleotidiche senza la necessità di un primer. Di fatto, le primasi che abbiamo visto precedentemente non sono altro che RNA polimerasi. I nucleotidi sono aggiunti alla catena nascente secondo sempre il meccanismo di complementarietà delle basi (nell’RNA la timina è sostituita dall’uracile per cui, se nel DNA stampo è presente un’adenina, nel filamento complementare di RNA verrà aggiunto un ribonucleotide con uracile come base).

ESERCIZI:

1. Indicare qual è la sequenza di RNA trascritta a partire dal filamento stampo indicato in

Assente in alcuni casi. Se consideriamo un gene procariotico, distinguiamo una regione detta promotore che è formata da specifiche sequenze nucleotidiche riconosciute da fattori proteici e dall'RNA polimerasi. Troviamo poi la sequenza del DNA codificante ossia quella sequenza che viene trascritta in RNA e infine troviamo il terminatore ovvero sequenze nucleotidiche di DNA che servono da segnale per la fine della trascrizione. Inoltre, nei batteri, i geni che codificano per proteine coinvolte nello stesso processo metabolico o in funzioni tra loro correlate sono posti uno di seguito all'altro a formare dei claster detti operoni. Questi vengono trascritti insieme, a partire da uno stesso promotore, in un'unica molecola di RNA che porta l'informazione per più geni e quindi codifica per più proteine.

Possiamo dividere la trascrizione in 3 fasi:

• Fase di inizio in cui l'apparato di trascrizione si posiziona nella regione del promotore e i due filamenti

promotore di E.coli, si trovano in posizione -10 (TATAAT) e -35 (TTGACA). Ciò significa che se indichiamo con +1 il punto in cui inizia la trascrizione, la posizione dei nucleotidi a monte (<) o a valle (>) viene indicata rispettivamente con il segno - (a monte) o + (a valle).

INIZIO

Le cellule batteriche possiedono un'unica RNA polimerasi che è un'enzima multimerico cioè formato da diverse proteine (anche detto oloenzima). In E.coli questo complesso dell'RNA polimerasi è formato da due subunità alfa, una beta, una beta' (primo) e una sigma. In particolare, la subunità sigma è importante per il riconoscimento delle sequenze consenso del promotore e per il corretto posizionamento dell'enzima in modo cioè che il sito attivo della polimerasi risulti allineato con il punto di inizio della trascrizione in +1. Contemporaneamente, i due filamenti della doppia elica si separano e si forma la bolla di

vicine tra di loro ma se le guardiamo su un singolo filamento possiamo notare che sono tra di loro invertite e complementari. Succede che, quando l'RNA polimerasi giunge in prossimità di queste sequenze e le trascrive, l'RNA che si forma (per complementarietà delle basi) tende a formare una struttura a forcina che causa un rallentamento della RNA polimerasi e quindi una destabilizzazione dell'ibrido DNA-RNA. L'RNA si stacca dal DNA e questo distacco è favorito anche dal fatto che l'appaiamento tra le basi A-U dell'ibrido è un appaiamento debole di un doppio legame H.

23-terminazione RHO-dipendente: sono coinvolti due tipi di sequenze. Una viene riconosciuta da una proteina detta RHO e questa sequenza è detta sequenza rut e l'altra sequenza, a valle, quando viene trascritta forma delle strutture a forcina nell'RNA neo sintetizzato. Quello che succede è che la proteina RHO, che è un elicasi, si lega alla

sequenza rut sull'RNA e si muove (mano a mano che la catena di RNA viene allungata) in direzione 5'-3' (segue la catena in fase di allungamento). Quando l'RNA rallenta, dovuto al fatto che ha trascritto la regione formata dalle sequenze ripetute che formano la forcina, allora RHO raggiunge la polimerasi, svolge l'ibrido DNA-RNA e il trascritto viene rilasciato.

LA TRASCRIZIONE NEGLI EUCARIOTI

Negli eucarioti, la trascrizione avviene con modalità simili a quella dei procarioti. Sappiamo che ogni cromosoma eucariotico è formato da una doppia elica di DNA lineare che si estende da un'estremità all'altra del cromosoma. Ciascun cromosoma contiene centinaia di geni diversi. Ad esempio, nel genoma umano, ci sono più di 20 000 geni che codificano per proteine e almeno altrettanti che codificano per molecole di RNA che non sono poi tradotte in proteine. Tutti questi geni, sia codificanti che non per proteine, sono distribuiti tra le 23 coppie di

ribosomi.-RNA polimerasi II: localizza nel nucleo e sintetizza RNA tradotti in proteine oltre ad altri RNAnon codificanti per proteine che però svolgono funzioni regolative importanti.-RNA polimerasi III: localizza nel nucleo e sintetizza gli RNA transfer,RNA ribosomiale 5S ealtri piccoli RNA nucleari.Le polimerasi eucariotiche,insieme ad altre proteine dette fattori di trascrizione,si legano alpromotore del gene per iniziare la trascrizione (in figura troviamo la struttura di un gene trascrittodalla RNA polimerasi II). In generale i promotori dei geni eucariotici sono più complessi.Riconosciamo un core promoter (detto anche promotore minimo) che è localizzatoimmediatamente a monte del punto di inizio della trascrizione e,più distante, troviamo gli elementiprossimali del promotore che sono sempre altre sequenze regolative. Il gene degli eucarioti èanche caratterizzato dall’avere sequenze di DNA codificanti detti esoni che sono intervallate

Da sequenze di DNA non codificanti detti introni. Il punto di inizio della trascrizione è indicato con +1. Nella molecola di RNA appena trascritta da un gene eucariotico possiamo riconoscere, oltre alle sequenze introniche ed esoniche, due s