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
Oppure può essere un a controllare la
enzima e andare a produzione
di
determinare quale via un’altra proteina
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
Gene 1
Gene 2
Gene 3
DNA
Proteina 1
Proteina 2
Proteina 3
Poiché le istruzioni si trovano nel nucleo e il macchinario per costruire le
proteine si trova nel citoplasma (i Ribosomi) occorrono:
1. un sistema per trascrivere
il DNA e portare fuori le
informazioni dal nucleo
2. 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
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
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 mRNA quanti 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
La trascrizione
Il processo di espressione di un gene inizia con la sintesi dell’RNA
messaggero, 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
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
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
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
La traduzione
Dopo essersi staccato dal DNA, l’RNA messaggero esce dal nucleo
e si avvia ai ribosomi per la traduzione (la sintesi delle proteine)
Nei procarioti, l’RNA
messaggero è già pronto
per far da stampo per la
sintesi delle proteine
Negli eucarioti, l’RNA messaggero
deve prima essere modificato, in
particolare con l’eliminazione di
alcune sequenze (mRNA maturo)
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
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)
L’RNA transfert o tRNA ha una forma a quadrifoglio e due siti importanti
Qui è attaccato lo
amminoacido trasportato
tRNA
specifico
da quel
Qui c’è una sequenza di tre basi che
interagiscono con quelle dell’RNA
messaggero nel ribosoma.
Se sono complementari, si attaccano
Nel sito P del ribosoma si sistema un primo tRNA che porta l’aminoacido
(nell’esempio sotto la Metionina)
Le tre basi presenti sul tRNA o anticodone,
riconoscono (sono complementari) alle tre
basi del mRNA o codone
È l’aminoacido giusto!
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
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
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 !
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
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
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
Ribosomi
liberi
Ribosomi
associati al
reticolo
endoplasmatico
•
•
•
•
Citoplasma
Nucleo
Mitocondri
Perossisomi
• Proteine di membrana
• Proteine secretorie
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
Proteine
secretorie
Proteine di
membrana