Trascrizione e traduzione

Processi di modificazione del DNA

Glicosilazione.

Fosforilazione.

Metilazione -> effetto opposto all'acetilazione.

Durante la replicazione del DNA il DNA neo-sintetizzato verrà metilato nelle stesse regioni in cui era metilato il DNA madre -> imprinting genomico.

Epigenetica -> metilazione del DNA su residui di cisteina -> 5-metilcisteina -> riconosciuta dal Hystoe-methylaing enzime che metila l'istone -> a sua volta è riconosciuto dalla proteina HP1 che si lega ad esso -> compatta e rende inaccessibile quella regione (eterocromatina) -> no trascrizione.

La metilazione è un processo dinamico -> metilazione di siti preesistenti + demetilazione di altri siti -> processi fondamentali nei mammiferi per promuovere il processo di sviluppo e differenziamento dei tessuti ecc.

Approfondimento -> dove avvengono -> in siti detti CpG.

Acetilazione -> determina un rilassamento della cromatina -> si lega come meno affinità al DNA -> promuove la

Trascrizione dei geni (rimodellamento cromatidico). Ubiquitazione.

Eredità epigenetica -> cambiamenti nell'espressione di un gene -> la sequenza di DNA è la stessa -> ciò che cambia è che quella sequenza di DNA viene metilata -> non sarà trascritta.

Eredità genetica -> cambiamenti nella sequenza di un gene -> in seguito a mutazioni indotte o naturali -> amminoacidi diversi (possibili patologie).

Tipi di RNA:

• RNA messaggero -> singolo filamento; contiene le informazioni per la sintesi di una proteina.
• RNA transfer -> singolo filamento; lega l'amminoacido da un lato e dall'altro si lega all'mRNA.
• RNA ribosomale -> forma globulare; si lega a proteine per formare la struttura dei ribosomi (impiegati nella traduzione).
• Altri tipi di RNA -> ruolo regolatorio:
• Piccolo RNA nucleare -> coinvolto nella maturazione dell'mRNA (fa parte dello spliceosoma).
• Piccolo RNA nucleolare ->

processa l'mRNA immaturo.

Piccolo RNA interferente -> lega sequenze complementari negli mRNA e indurne la degradazione -> controlla l'espressione genica.

MicroRNA -> lega specifiche proteine e insieme ad esse si lega a regioni dell'mRNA impedendone la traduzione o inducendone la degradazione.

RNA della particella di riconoscimento del segnale -> complesso di 6 proteine + mRNA -> riconosce specifiche proteine con sequenze target associate al RE -> per cui trasporta il complesso ribosoma-mRNA-proteine al RE dove il ribosoma sarà posizionato a livello di un traslocone (canale) in modo da sintetizzare la proteina direttamente all'interno dellume del RE -> matura -> viene poi inviata all'apparato di Golgi.

Trascrizione -> RNA polimerasi:

Eucarioti -> un solo tipo.

Procarioti -> 3 tipi:

RNA polimerasi I -> nel nucleolo -> sintetizza rRNA.

RNA polimerasi II -> nel nucleoplasma -> sintetizza mRNA e

piccoli RNA nucleari.

RNA polimerasi III -> nel nucleoplasma -> sintetizza tRNA e piccoli RNA nucleari.

Procarioti -> trascrizione e traduzione avvengono simultaneamente (in quanto l'mRNA ha emivita molto breve e infatti non ha sequenze protettive) -> negli eucarioti no: trascrizione nel nucleo e traduzione nel citoplasma.

L'mRNA procariotico contiene più di un codone d'inizio -> si origineranno più proteine da uno stesso filamento di mRNA -> es. Operone LAC -> nella regione codificante sono presenti tre frammenti (LacZ, LacY e LacA) che vengono tutti trascritti in un unico mRNA (con 3 diversi codoni d'inizio) -> in seguito a traduzione poi verranno sintetizzate tre diverse proteine (in questo caso enzimi) deputati al trasporto e alla degradazione del lattosio.

Struttura di un gene eucariotico -> Regioni di controllo distali -> si legano i fattori di trascrizione che rendono il processo di trascrizione più

veloce.

Regioni di controllo prossimali.

• Promotore -> sequenza per far legare la RNA polimerasi -> non viene trascritto.
• Sequenza codificante -> contiene le informazioni per la sintesi di proteine -> divisa in:
• Esoni -> sequenze che contengono le informazioni.
• Introni -> non codificano per proteine -> eliminati tramite lo splicing (e unione degli esoni).

Sequenza di terminazione.

TRASCRIZIONE:

• Inizio -> RNA polimerasi riconosce il promotore.
• RNA polimerasi svolge la doppia elica -> bolla di trascrizione -> lettura del filamento 3’->5’ -> mRNA (5’->3’).
• Allungamento.
• Terminazione -> quando l’RNA polimerasi incontra sequenze di terminazione -> mRNA immaturo -> maturazione.

Regolazione della trascrizione -> tramite i fattori di trascrizione (prima del promotore) -> si legano agli enhancer (promuovono la trascrizione), (o ai silencer bloccano la trascrizione) -> aumentano la

velocità di trascrizione, che altrimenti sarebbe nulla. Quando i fattori di trascrizione si legano all'enhancer -> il DNA si ripiega e li porta vicini al promotore e attiva e velocizza l'RNA polimerasi. Nel promotore è presente il TATA box -> circa 25-30 paia di basi prima del sito di trascrizione -> zona dove si lega l'RNA polimerasi. Prodotto trascrizione -> mRNA precursore -> non codifica ancora per delle proteine -> maturazione -> composizione mRNA maturo: A monte dell'estremità 5' -> cappuccio -> contiene la 7-metilguanosina -> protegge l'mRNA dalla degradazione ed è fondamentale per legarlo al ribosoma (grazie a fattori di inizio della traduzione che si legano ad esso. Tra di essi è presente una proteina, la PABP che lega la coda di poli A al cappuccio, facendo assumere all'mRNA una conformazione circolare). All'estremità 5' -> regione non tradotta. Regione

codificante -> alla fine di esso c’è il codone di stop e all’inizio

quello di inizio.All’estremità 3’ -> regione non tradotta.

Coda di poli A (poliadenilazione) -> stabilizza l’mRNA e ne previene la

degradazione e promuove l’esportazione dello stesso nel citosol.

Splicing -> introni -> riconosciuti da piccoli RNA nucleari + proteine con i quali

si legano -> gli introni “escono” dall’mRNA formando una struttura circolare e

facendo avvicinare tra loro gli esoni -> questo complesso è detto spliceosoma.

Può avvenire con modalità diverse -> splicing alternativo -> da un unico gene

si generano più isoforme proteiche -> gli introni vengono eliminati e con loro

nessuno, uno oppure più introni -> funzioni o localizzazioni diverse.

mRNA maturo esce dal nucleo (associato a proteine per stabilizzarlo) ->

citoplasma -> TRADUZIONE:

Nel citoplasma si lega ai

ribosomi sono organelli cellulari che possono essere presenti in due forme: liberi nel citoplasma o legati al reticolo endoplasmatico (RE), che è contiguo al nucleo. I ribosomi liberi o legati al RE sono responsabili della sintesi proteica. Durante la sintesi proteica, il polipeptide viene iniettato direttamente nel lume del RE, dove subisce modificazioni. Successivamente, il polipeptide arriva al Golgi, dove viene ulteriormente modificato e confezionato. Infine, la proteina viene trasportata alla membrana plasmatica o all'esterno della cellula. L'mRNA (acido ribonucleico messaggero) è costituito da triplette di basi chiamate codoni. Esistono 64 codoni diversi, ognuno dei quali corrisponde a uno specifico amminoacido. Ad esempio, il codone AUG corrisponde all'amminoacido metionina, che funge da amminoacido d'inizio per la sintesi proteica e si trova all'estremità NH terminale della proteina. Ci sono anche tre codoni di stop, UAA, UAG e UGA, che non codificano per nessun amminoacido e segnalano la fine della sintesi proteica. Il tRNA (acido ribonucleico di trasferimento) è una molecola a forma di trifoglio, in cui le basi complementari si appaiono. Il tRNA ha un anticodone, che è complementare al codone dell'mRNA. Inoltre, il tRNA ha un braccio dell'amminoacido, che è un gruppo ossidrilico a cui è legato l'amminoacido corrispondente al codone. Il legame tra l'amminoacido e il tRNA è catalizzato dall'aminoacil-tRNA-sintetasi, con il consumo di ATP. Le regioni codificanti per i tRNA sono contenute in cluster, che sono sequenze ripetute all'interno del genoma.

trascritto prodotto si frammenterà nei vari t-RNA.

Ribosomi -> composto da rRNA (sintetizzato nel nucleolo) + proteineribosomali -> funzione catalitica -> struttura:

• Subunità minore.
• Subunità maggiore -> contiene 3 siti:
• Sito P -> occupato dal tRNA che possiede la catena polipeptidica.
• Sito A -> occupato dal tRNA con il nuovo amminoacido.
• Sito E -> da cui escono i tRNA scarichi.

TRADUZIONE:

Inizio:

• Attivazione del t-RNA.
• Subunità minore si lega all'mRNA e scorre fino a quando non incontra il codone di inizio -> entrata del tRNA con metionina nel sito P -> scissione GTP -> unione della subunità minore e maggiore.

Allungamento -> nuovo tRNA -> si lega al sito, con dispendio energetico -> distacco catena polipeptidica dal tRNA nel sito P e attacco della stessa nell'amminoacido appena entrato (legame peptidico) -> traslocazione del ribosoma in direzione 3' (utilizzo di GTP)

→ sito A libero, sito P occupato dal secondo tRNA con il suo amminoacido e il primo e sito E occupato dal tRNA vuoto (quello che aveva la metionina) in modo che possa uscire → il ciclo si ripete.

Mano a mano che la proteina fuoriesce dal ribosoma viene protetta dagli chaperon molecolari che ne impediscono l'aggregazione e favoriscono l'assunzione da parte della proteina della sua conformazione nativa.

Terminazione → nel sito A si ritrova il codone di stop → si lega un fattore di rilascio → si stacca la proteina e il ribosoma si disgrega.

Durante la traduzione sono più di uno i ribosomi impiegati → poliribosoma → struttura circolare che si forma in seguito all'interazione tra fattori che si legano al cappuccio in 5' e alla coda poli-A in 3'.

Approfondimento → Ribosoms profiling → quanti ribosomi sono presenti nel poliribosoma:

Normalmente sono equamente distribuiti (un piccolo affollamento all'inizio).

In seguito a

il passaggio della traduzione che viene è l' -> per cui tutti i ribosomi sono concentrati nella regione iniziale dell' (di circa 50 codoni = tunnel da cui esce il polipeptide -> energicamente favorevole in quanto in seguito allo stress può riniziare a tradurre l' senza aver perso nulla). La traduzione è detta (detta anche canonica) -> in quanto sul cappuccio 5' sono legati dei fattori dell'inizio della traduzione, in particolare il -> a sua volta lega un altro fattore che a sua volta lega la -> proteina legata alla coda poli-A. Traduzione non-canonica -> traduzione mediata da -> è una particolare conformazione dell'mRNA che viene riconosciuta dalla subunità