Genetica e RNA

DNA.

Tale principio solleva due domande:

in che modo l'informazione passa dal nucleo citoplasma?

In che rapporto stanno una determinata sequenza nucleo dica del DNA e una determinata sequenza

aminoacidica di una proteina?

Da qui nacquero le ipotesi: Crick propose che da un lamento di DNA di un par colare gene si formasse per

copia complementare una molecola di RNA.

L'mRNA si sposta poi dal nucleo al citoplasma dove a livello dei ribosomi serve da stampo per la sintesi delle

proteine. Il processo con cui si forma questo RNA si chiama trascrizione. Negli anni 70’ viene però scoperto

1

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un virus chiamato retrovirus, è una molecola di RNA in grado di ricopiarsi in DNA causando la trascri asi

inversa.

Per spiegare in che modo una sequenza di DNA si trasforma nella sequenza di amminoacidi di un

polipep de Crick suggerì l'ipotesi dell'ada atore: deve esistere una molecola ada atrice capace di legarsi in

modo speci co all'amminoacido e riconoscere una sequenza di nucleo di. La immaginò provvista di due

regioni, una che svolge la funzione di legame, l'altra che svolge la funzione di riconoscimento. Tale molecola

sarà trovata e si tra erà dell'RNA transfer tRNA.

Riconosce il messaggio dell'mRNA ed allo stesso tempo trasporta speci ci aminoacidi.

É in grado di tradurre il linguaggio del DNA in linguaggio delle proteine. Gli ada atori di tRNA lega agli

amminoacidi si allineano lungo la sequenza dell'mRNA in modo tale da garan re la costruzione della giusta

sequenza per la crescita di una catena polipep dica in un processo chiamato traduzione.

L'RNA o acido ribonucleico è un polinucleo de simile al DNA ma di erisce per tre aspe :

1. l’RNA è formato da un unico lamento,

2. la molecola di zucchero è il ribosio anziché il desossiribonucleico del DNA,

3. le tre basi azotate dell'RNA sono le stesse del DNA ma vi è una quarta base ovvero l'uracile con una

stru ura simile alla mina che è la base azotata che va a sos tuire.

L'RNA si appaia alle basi di un lamento singolo di DNA e questo appaiamento obbedisce alle regole di

complementarietà delle basi. Salvo che l’Adelina si appaia con l’Uracile. L’RNA può ripiegarsi su se stesso e

assumere forme più complesse.

Esistono numerosi classe di RNA: 1. l’mRNA, è l'intermediario che porta una copia delle informazioni di un

tra o di DNA ai ribosomi e la sua cara eris ca più importante è la sequenza lineare, 2. l’RNA transfer, tRNA

che porta gli aminoacidi ai ribosomi e li colloca nella posizione corre a grazie alla stru ura tridimensionale.

3. L’RNA ribosomiale o rRNA che entra a far parte dei ribosomi e perme e di realizzare la sintesi proteica,

ha un ruolo stru urale e funzionale.

Negli eucario esistono anche altri pi di RNA per esempio l’hRNA, che comprende alcuni pi di mRNA che

non andranno incontro a maturazione oppure l’snRNA che partecipa alla maturazione dell’RNA.

La trascrizione dal DNA all’RNA:

All'interno di ogni gene viene trascri o uno solo dei due lamen di DNA, il

lamento stampo, mentre quello complementare resta non trascri o. Il

processo di trascrizione è suddiviso in tre stadi:

inizio, allungamento e terminazione.

L'inizio richiede un promotore o Primer ed una sequenza di DNA alla quale si

lega l'RNA polimerasi.

I promotori sono importan sequenze di controllo che dicono all'RNA

polimerasi tre cose:

dove far par re la trascrizione, quale lamento del DNA trascrivere e in quale

direzione procedere.

Una parte di ogni promotore è il sito di inizio dove comincia la trascrizione.

Ogni gene ha un promotore ma non tu i promotori sono uguali, alcuni sono

più e caci mentre altri meno. Ci sono anche di erenze fra i promotori degli

eucario e quelli dei procario .

In ques ul mi il promotore è una sequenza di DNA in prossimità dell'estremità

5’ della regione che codi ca una proteina. Un promotore procariote possiede

due sequenze fondamentali:

la sequenza di riconoscimento ed il TATA box, dal quale il DNA inizia denaturarsi

per esporre il lamento stampo.

È diverso negli eucario . L'RNA polimerasi degli eucario non è in grado di

legarsi semplicemente al promotore, infa si lega al DNA soltanto dopo che sul

cromosoma si sono associate varie proteine regolatrici de e fa ori di

trascrizione. Il primo fa ore si lega al TATA box inducendo un cambiamento di

forma sia di se stesso sia del DNA favorendo così il legame di altri fa ori di

trascrizione che vanno a formare il complesso di trascrizione. Dopo che l'RNA

polimerasi si è legata al promotore comincia il secondo stadio della trascrizione:

l’allungamento. 2

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L'RNA polimerasi apre il DNA e legge il lamento stampo in direzione 3’ -> 5’.

Come la DNA polimerasi anche l'RNA aggiunge i nuovi nucleo di all'estremità 3’ del lamento verso cui

cresce l'RNA. Il nuovo RNA si allunga verso l'estremità 3’ partendo dalla prima base che cos tuisce

l'estremità 5’. Come fa l'RNA polimerasi però a sapere quando sme ere di aggiungere nucleo di?

Sul lamento di stampo del DNA ci sono sequenze di basi che ne stabiliscono la terminazione.

Il codice gene co:

La sequenza di nucleo di che compone l'RNA con ene le informazioni necessarie per me ere in ordine gli

amminoacidi: il linguaggio del codice gene co.

Secondo questo linguaggio ogni sequenza di tre basi lungo la catena polinucleo dica dell'RNA è un'unità di

codice o codone e, speci ca un par colare amminoacido. Ogni codone è complementare alla

corrispondente triple a di basi nella molecola di DNA su questo trascri o. AUG, che codi ca la me onina è

anche de o codone di inizio ed avvia la trascrizione.

Tre codoni hanno la funzione di segnale di terminazione (UAA, UAG, AGA) o codoni di stop.

Tol i codoni di inizio e stop restano 60 codoni, più di quelli necessari a codi care i 19 aminoacidi.

Difa a quasi tu gli aminoacidi corrispondono più codoni, perciò si dice che il codice è degenerato, si

intende che esistono più “parole che ogge ”.

Il codice gene co però non è ambiguo poiché un amminoacido può essere speci cato da più codoni ma un

codone può speci care un solo amminoacido.

La traduzione dall'RNA alle proteine:

La traduzione dell'RNA, come già proposto da

Crick, richiede una molecola che me e

relazione l'informazione contenuta nei codoni

dell'RNA con speci ci amminoacidi delle

proteine. Questa funzione svolta dal tRNA per

garan re che la proteina fabbricata sia quella

speci cata dell’mRNA.

La molecola svolge tre funzioni:

1. si carica di un amminoacido,

2. si associa alla molecola di mRNA

3. interagisce con i ribosomi.

La stru ura molecolare del DNA è collegata a queste funzioni e non è univoca: per ognuno dei ven

aminoacidi vi è almeno uno speci co un po di molecola di tRNA. Ogni tRNA con ene circa 70-80 nucleo di

ed è presente una con gurazione mantenuta da legami a idrogeno fra i tra della sequenza che

contengono vasi complementari.

La con gurazione di una molecola di DNA è perfe amente ada a all'interazioni con speciali legami sui

ribosomi. All'estremità 3’ di ogni molecola di tRNA si trova un sito di a acco per l'amminoacido: il punto in

cui l'amminoacido speci co si lega in modo covalente. Verso la metà della sequenza del DNA c'è un gruppo

di tre basi chiamato an codone e cos tuisce il sito di appaiamento fra basi complementari con l’mRNA.

Il caricamento di ogni tRNA con l'amminoacido corrispondente è realizzato da una famiglia di enzimi di

nome amminoacil-tRNA-sintetasi. Ogni enzima è speci co per un solo amminoacido e per il tRNA

corrispondente. L'amminoacido si a acca all'estremità 3’ del tRNA con un legame ricco di energia e forma

un tRNA carico e questo legame fornisce l'energia necessaria alla formazione del legame polipep dico che

manterrà uni gli amminoacidi adiacen .

Un ruolo determinante nella sintesi proteica è svolto dei ribosomi, stru ure complesse in grado di

assemblare una catena polipep dica. I ribosomi non sono speci ci per la sintesi di un solo polipep de, ogni

ribosoma può usare qualsiasi mRNA e tu i pi di tRNA carichi. La catena polipep dica da produrre è

speci cata solo dalla sequenza lineare dei codoni dell’mRNA.

Ogni ribosoma è cos tuito da due subunità una maggiore e una minore che si uniscono durante la

traduzione. Negli eucario la subunità maggiore è composta da tre molecole di rRNA diverse e da 45

molecole proteiche di eren la subunità minore invece con ene una sola molecola di rRNA e 33 molecole

proteiche diverse. I ribosomi dei procario sono più piccoli contengono proteine ed RNA diversi.

Sulla subunità maggiore del ribosoma si trovano tre si di legami per i tRNA. 3

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1. Sito amminoacilico (sito A), l'an codone del tRNA carico si lega al codone dell'mRNA allineando

l'amminoacido che va aggiunto alla catena polipep dica in crescita.

2. Sito polipep dico (sito P), il tRNA cede il proprio amminoacido alla catena polipep dica in crescita.

3. Sito exit (sito E), viene a trovarsi il tRNA che ormai consegnato il proprio amminoacido prima di staccarsi

dal ribosoma torna nel citoplasma e raccoglie un'altra molecola di amminoacido per ricominciare il

processo.

Come la trascrizione anche la traduzione avviene in tre tappe: inizio, allungamento e terminazione.

Il codone di inizio nell'mRNA è AUG e per complementarietà delle basi l'an codone di tRNA caricato con

me onina si lega al codone di inizio. Perciò il primo amminoacido della catena polipep dica è sempre la

me onina. La traduzione dell'mRNA incomincia con la formazione di un complesso di inizio cos tuito da un

tRNA caricato con il primo amminoacido della catena polipep dica e dalla subunità ribosomiale minore ed

entrambi lega all'mRNA.'LrRNA delle subunità minori si lega ad un sito di legame comp