Trascrizione Eucarioti e Procarioti

Sintesi di RNA a singolo filamento

La sintesi di RNA a singolo filamento avviene partendo da uno stampo di DNA ad opera dell'enzima RNA-polimerasi. La polarità è sempre 5'-3'; quella del filamento stampo è 3'-5'.

Organizzazione dei geni

I geni sono organizzati in operoni che codificano per determinati enzimi o proteine necessari alla cellula. A monte di ogni operone sono presenti sequenze di regolazione che prendono il nome di promotori, all'interno dei quali sono presenti dei consensi che vengono riconosciuti da proteine specifiche.

Il primo nucleotide trascritto viene indicato come +1, i successivi (sempre trascritti) sono indicati con numeri progressivi (+2, +3, +4, etc.); il messaggero, dunque, parte sempre dal +1. Se invece si considerano i nucleotidi del promotore, essi vengono indicati con -1, -2, -3, etc. Le sequenze negative non vengono trascritte dall'RNA (quindi non si trovano nel messaggero) e servono solamente per regolare la trascrizione e l'RNA-polimerasi.

Denaturazione e bolla di trascrizione

La denaturazione si verifica sempre in modo meccanico a livello di sequenze particolarmente ricche di adenina e timina. Nel momento in cui la doppia elica si apre, si forma una sola bolla di trascrizione (nel caso della replicazione ce ne sono due).

RNA messaggero (mRNA)

Il mRNA viene trascritto, sia in eucarioti che procarioti, da RNA-polimerasi II. Contiene il messaggio ed è l'unico che trasferisce l'informazione (nel caso degli eucarioti dal nucleo al citoplasma per la successiva traduzione; nei procarioti direttamente, dato che trascrizione e traduzione avvengono contemporaneamente).

RNA-polimerasi nei procarioti

Esiste una sola RNA-polimerasi nei procarioti che determina la trascrizione di tutti gli RNA necessari al funzionamento della cellula. Ha forma di chela di granchio nella quale le due pinze determinano la formazione di un canale (canale downstream, alla base del quale è presente il sito attivo) attraverso il quale entra il DNA a doppio filamento (la denaturazione si verifica direttamente all'interno dell'RNA-polimerasi).

Sono presenti altri quattro canali di entrata e uscita:

• Canale NTP (nucleotide trifosfato): attraverso il quale entrano i ribonucleotidi trifosfati necessari per la sintesi di RNA.
• Canale T (template): da cui fuoriesce a singolo filamento il DNA che ha funzionato da stampo.
• Canale NT (non template): dal quale invece fuoriesce il filamento di DNA che non ha funzionato da stampo.
• Canale EXIT: da cui fuoriesce l'RNA neosintetizzato (le sue dimensioni sono tali da permettere la fuoriuscita solo di un RNA a singolo filamento).

NB: una volta che i due filamenti di DNA (template e non template) sono fuori dall'RNA-polimerasi, essi si riassociano tornando a doppio filamento.

È formata da quattro (+1) subunità uguali due a due, insieme formano il core enzimatico che nell'effettivo esegue la trascrizione:

• 2 Subunità α: necessarie per l'assemblaggio dell'RNA-polimerasi.
• Subunità β e β’: più grandi di dimensioni, delimitano il canale dal quale fa ingresso il DNA e formano il sito catalitico.
• Subunità ω (omega): protegge β e β’ dalla denaturazione.
• Subunità σ (sigma): ha il compito di posizionare correttamente l'RNA-polimerasi a livello della sequenza di regolazione; pertanto vi sono subunità σ diverse per le diverse sequenze di regolazione; la più comune è la subunità σ 70 ed è in grado di riconoscere la maggior parte dei promotori.

Quindi, a seconda del tipo di gene che deve essere trascritto, il core enzimatico, che è sempre lo stesso, andrà ad agganciarsi a una diversa subunità σ, la quale sarà in grado di posizionare il core enzimatico a livello del primo nucleotide di uno specifico gene.

NB: la subunità σ è divisa in quattro domini, ciascuno in grado di svolgere una specifica funzione:

• Dominio σ I: protegge il canale downstream ed è formato da amminoacidi acidi per emulare la molecola di DNA.
• Dominio σ II: in grado di riconoscere e legarsi con il consenso -10 tramite legami idrogeno ed elettrostatici (aspecifico).
• Dominio σ III: l'unico in grado di legarsi al core dell'RNA-polimerasi e quindi è la porzione che mantiene legati subunità σ e RNA-polimerasi.
• Dominio σ IV: vari, in grado di legarsi con le basi del proprio consenso -35 (specifico).

RNA-polimerasi negli eucarioti

Le RNA-polimerasi negli eucarioti sono tre:

• RNA-polimerasi I: trascrive gli RNA ribosomiali (28S, 18S, 5.8S).
• RNA-polimerasi II: trascrive i geni in mRNA e piccoli RNA (snRNA, snoRNA, miRNA) coinvolti nello splicing o nell'espressione genica.
• RNA-polimerasi III: trascrive piccoli geni coinvolti nella traduzione (tRNA, rRNA 5S, scRNA e alcuni snRNA).

Trascrizione nei procarioti

Il promotore nei procarioti contiene solo due consensi, entrambi formati da sei coppie di basi:

• Consenso -10: si trova a partire dal nucleotide -10; uguale in tutti i promotori ed è formato da adenine e timine.
• Consenso -35: si trova più a monte, a livello del nucleotide -35; è specifico di ogni promotore e viene riconosciuto da una determinata subunità σ.

Quando il consenso -35 è difettoso è presente ancora più a monte un altro consenso, l'UP elemento, a cui si lega direttamente la RNA-polimerasi tramite le subunità α.