Trascrizione e traduzione

1. Trascrizione e traduzione Le istruzioni necessarie per il funzionamento della cellula (e di tutto l’organismo) sono contenute nel DNA, che si trova nel nucleo Le informazioni sono sottoforma di pacchetti discreti, i geni, ciascuno dei quali contiene le istruzioni per costruire un proteina La proteina che viene costruita può avere funzioni specifiche ad esempio strutturale o di trasporto come l’actina del citoscheletro o l’emoglobina Oppure può avere funzione di segnale e andare ad esempio a controllare la produzione di un’altra proteina Oppure può essere un enzima e andare a determinare quale via metaboliche seguirà un certo processo In ogni caso perché un gene possa esprimersi nel fenotipo deve sempre passare attraverso la produzione di una specifica proteina

2. Gene 1 Gene 3 Proteina 1 Proteina 2 Proteina 3 Gene 2 DNA

3. Poiché le istruzioni si trovano nel nucleo e il macchinario per costruire le proteine si trova nel citoplasma (i Ribosomi) occorrono: • un sistema per trascrivere il DNA e portare fuori le informazioni dal nucleo • un sistema per tradurre la sequenza di basi in sequenza di amminoacidi Entrambe queste funzioni sono svolte dall’altro tipo di acido nucleico, l’RNA

4. Replicazione Come abbiamo visto l’informazione può anche passare verticalmente da una cellula madre alle cellule figlie Un dogma centrale della biologia sostiene che il flusso di informazione all’interno della cellula è unidirezionale DNA  RNAProteine In realtà la scoperta in anni recenti dei retrovirus ha portato a rivedere in parte questa posizione. I retrovirus sono virus che utilizzano RNA al posto del DNA; tramite uno speciale enzima, la trascrittasi inversa sono capaci di sintetizzare la molecola del DNA partendo da un filamento di RNA. In questo modo sono in grado di far incorporare nel DNA della cellula ospite dei geni e far si che in seguito essa sintetizzi altro RNA virale

5. Ci sono nella cellula tre diverse categorie di RNA Tutti si originano per trascrizione del DNA 1) L’RNA ribosomico (o ribosomale), rRNA è un costituente dei Ribosomi 2) L’RNA messaggero o mRNA trascrive il DNA e porta l’informazione fuori dal nucleo Esistono tanti mRNAquanti sono i geni che si esprimono* in una cellula e quindi quante sono le proteine da sintetizzare 3) L’RNA transfert o tRNA trasporta gli aminoacidi sui ribosomi secondo la sequenza scritta nel mRNA * Benchè tutte le cellule somatiche di un organismo abbiano lo stesso identico patrimonio genetico, non tutti i geni si esprimono in tutte le cellule. Ciò spiega il perché i globuli rossi producano emoglobina e i neuroni il loro neurotrasmettitore e non viceversa ( ma ci sono migliaia di altre differenze nei geni espressi tra due cellule di tessuti diversi). All’interno della stessa cellula un gene può essere espresso in un momento e non in un altro

6. La trascrizione Il processo di espressione di un gene inizia con la sintesi dell’RNAmessaggero, processo che si chiama trascrizione di un gene Come nel caso della replicazione, il DNA deve aprirsi (si separano le basi azotata) per permettere la copia dei filamenti. In realtà uno solo dei due filamenti viene utilizzato come stampo (filamento codificante) Questa volta l’enzima implicato è la RNA Polimerasi

7. Come fa la RNA Polimerasi a sapere dove inizia e dove finisce un gene? La RNA polimerasi inizia la trascrizione dopo essersi legata ad una regione del gene specifica che si chiama promotore. Questa è una regione non codificante cioè significa che non darà luogo a livello dei ribosomi all’assemblaggio di aminoacidi, ma serve solo come segnale nella trascrizione La trascrizione procede a partire dalla estremità 5’ in direzione 3’ Normalmente c’è un promotore per ciascun gene ma in qualche caso un singolo promotore può controllare la trascrizione di più geni, quando ad esempio le proteine prodotte sono enzimi coinvolti nello stesso processo

8. Per ciascuno gene uno solo dei due filamenti viene utilizzato come stampo (filamento codificante). Ma lo stesso filamento non funge da stampo per tutti i geni

9. Il lavoro di trascrizione della RNA polimerasi continua fin quando non si incontra una certa sequenza di basi azotate che funge da segnale di stop Non ci sono correttori di bozze nel caso della trascrizione. Infatti, nel caso di un errore, verranno sintetizzate alcune molecole anomale della proteina corrispondente, ma altre migliaia saranno giuste

11. Nei procarioti, l’RNAmessaggero è già pronto per far da stampo per la sintesi delle proteine Negli eucarioti, l’RNAmessaggero deve prima essere modificato, in particolare con l’eliminazione di alcune sequenze (mRNA maturo) La traduzione Dopo essersi staccato dal DNA, l’RNAmessaggero esce dal nucleo e si avvia ai ribosomi per la traduzione (la sintesi delle proteine) Ciascun mRNA rimane funzionante per diversi minuti (prima di essere degradato ad opera degli enzimi) ed ha il tempo di far sintetizzare parecchie centinaia di molecole della proteina corrispondente Per tutto il periodo che l’mRNA rimane funzionante, i ribosomi si attaccano sulla sua superficie e scorrendoci sopra eseguono la traduzione

12. I dettagli del meccanismo della traduzione Ciascun ribosoma è composto di due subunità. Il filamento di mRNA si incastra tra le due. La sub-unità maggiore ha due siti specifici dove possono attaccarsi gli RNA transfert (o RNA di trasporto) peptidilitico amminoacilico

13. Qui è attaccato lo specifico amminoacido trasportato da quel tRNA Qui c’è una sequenza di tre basi che interagiscono con quelle dell’RNA messaggero nel ribosoma. L’RNAtransfert o tRNA ha una forma a quadrifoglio e due siti importanti Se sono complementari, si attaccano

14. Le tre basi presenti sul tRNA o anticodone, riconoscono (sono complementari) alle tre basi del mRNA o codone È l’aminoacido giusto! Nel sito P del ribosoma si sistema un primo tRNA che porta l’aminoacido (nell’esempio sotto la Metionina) 5’ 3’

15. Altri tRNA arrivano, ognuno con il proprio aminoacido e con l’anticodone corrispondente Se codone e anticodone corrispondono allora l’aminoacido viene aggiunto alla catena polipeptidica che così si allunga Ad ogni passo l’mRNA slitta di tre basi mostrando in tal modo la parte seguente della sua sequenza Quando finalmente si arriva al codone di stop la catena polipeptidica si libera e la proteina è pronta

16. Il codice genetico Per codice si intende il sistema di traduzione da un linguaggio ad un altro Sono esempi di codice il codice morse e il codice binario dei computer Il codice binario per esempio è fatto di due sole lettere, I e 0, il codice morse di due lettere (punto e linea) e un elemento di punteggiatura (spazio) Nel codice genetico ci sono parole di tre lettere, le triplette o codoni che si susseguono senza punteggiatura Ogni tripletta codifica per un diverso aminoacido

17. Nel caso del codice genetico le lettere dell’alfabeto sono solo 4: C G A T (U) . Si ricordi sempre che uracile sostituisce timina nel’RNA Con 4 lettere posso fare 64 diverse combinazioni (64 diverse parole) ma gli aminoacidi da specificare sono solo 23 Perciò alcuni aminoacidi saranno codificati da più di una tripletta Si dice che il codice è degenerato Quattro triplette servono in realtà da segnale di inizio o fine Il codice genetico è universale !

18. Se si sbaglia a leggere la prima, si sbagliano tutte le altre Contrafrasulnel  Con\tra\fra\sul\nel Contrafrasulnel  C\ont\raf\ras\uln\el In sintesi: Il codice genetico è costituito da parole di tre lettere, le triplette o codoni. Una tripletta specifica per un aminoacido Non c’è punteggiatura

19. Citoplasma • Nucleo • Mitocondri • Perossisomi • Proteine di membrana • Proteine secretorie Ribosomi liberi Ribosomi associati al reticolo endoplasmatico Le proteine vengono sintetizzate, utilizzando le informazioni degli RNA messaggeri, sia a livello dei ribosomi liberi (che si trovano nel citoplasma) sia a livello dei ribosomi associati alle membrane (reticolo endoplasmatico rugoso). La destinazione di queste proteine è differente a seconda di dove sono state prodotte

20. Nella maggior parte dei casi nella sintesi di proteine che si originano nel citoplasma dai ribosoni liberi si formano strutture complesse chiamate polisomi o poliribosomi. Ciascun filamento di n-RNA viene usato come stampo contemporaneamente da più ribosomi che scorrono lungo il filamento In un poliribosoma, i ribosomi che si sono attaccati per primi sono quelli che mostrano il polipeptide allo stato più avanzato di assemblaggio

21. Proteine secretorie Proteine di membrana