IPOTESI UN GENE-UN ENZIMA

� DNA: contiene tutte le informazioni per definire lo sviluppo e la fisiologia della cellula: ma come svolge questa funzione?

� Beadle e Tatum (1941): studiando mutanti della comune muffa del pane formularono ipotesi

“un gene-un enzima”

“un gene-una proteina”

“un gene-una catena polipeptidica”

Dai Geni alle Proteine: RNA� Il passaggio dai geni (nucleo) alle proteine (citoplasma)

è reso possibile grazie all’intervento dell’RNA!

� RNA o acido ribonucleico, anch’esso formato da una sequenza lineare di nucleotidi.

� Il messaggio contenuto in un gene viene trascritto, copiato, sotto forma di RNA, nel nucleo, in un processo chiamato trascrizione.

� l’RNA si trasferisce poi dal nucleo al citoplasma dove il messaggio che esso trasporta viene usato per sintetizzare una proteina (traduzione).

� Il flusso dell’informazione biologica va dunque sempre dal DNA all’RNA, alle proteine:

DOGMA CENTRALE DELLA BIOLOGIA MOLECOLARE

Dogma centrale della BIOLOGIA

Dogma centrale della BIOLOGIA

STRUTTURA DEL DNA

STRUTTURA DEL RNAL’RNA differisce dal DNA per alcune caratteristiche:

� Lo zucchero pentoso è il ribosio anziché il desossiribosio

� È costituito da una filamento singolo anziché da una doppia elica

� Contiene quattro basi azotate, tre delle quali (A,G e C) uguali a quelle del DNA e una diversa: al posto della timina troviamo l’uracile (U), che al pari della timina si appaia con l’adenina.

� Negli eucarioti l’RNA è sintetizzato nel nucleo, ma svolge i suoi compiti nel citoplasma

RNA

esiste nella forma di catena

poliribonucleotidica a SINGOLO

FILAMENTO

Nucleotide:

Zucchero ribosio

Gruppo fosfato

Base azotata (A, G, C, U)

Esistono diversi tipi di RNA:

1-1- RNAA ribosomialee (e (rRNAA)A): elemento costitutivo dei ribosomi

2-2-RNAA messaggeroo ((mRNAA )): trasporta l’informazione genetica dalDNA al citoplasma, dove vengono sintetizzate le proteine.

3-- RNAA didi trasferimentoo ((tRNAA)A): trasporta gli aminoacidi liberi nelcitoplasma ai ribosomi, durante la sintesi proteica, e serve pertradurre l’informazione contenuta nella sequenza nucleotidicadell’mRNA in una sequenza di aminoacidi

4-- altriri RNA: trascritto primario hnRNA (RNA eterogeneo nucleare),snRNA (piccolo RNA), siRNA, miRNA, ed altri RNA che partecipanoa diversi processi cellulari

� Processo mediante il quale l’informazione contenuta in un gene viene copiata (trascritta) in un molecola di RNA messaggero.

� La sintesi dell’mRNA è catalizzata da un gruppo di enzimi, il più importante dei quali è l’RNA Polimerasi.

� Il processo è diverso in procarioti ed eucarioti

Nei procarioti trascrizione e traduzione sono contemporanee

Entrambe avvengono

nel citoplasma e

l’mRNA neoprodotto è

immediatamente

utilizzato per la sintesi

proteica.

Negli eucarioti il messaggio viene così espresso

RNA POLIMERASI

La trascrizione

RNA polimerasi L’enzima responsabile della

formazione dei legami fosfodiesterei dell’RNA

Richiede:-RNA polimerasi-DNA stampo, il filamento codificante-Ribonucleosidi trifosfati (ATP, CTP; GTP, UTP)

Per iniziare la sintesi l’RNA polimerasi si lega ad una sequenzaspecifica sul DNA (promotore); un’altra sequenza specifica(segnale di terminazione) indica il punto di arresto dellatrascrizione.

Nel punto di attacco dell’enzima i due filamenti di DNA siaprono ed uno di essi funziona da stampo per la sintesi di unamolecola di mRNA ad esso complementare. L’RNA polimerasisi sposta lugo il DNA stampo aggiungendo ribonucleotidiall’estremità 5’ (direzione trascrizione 5’→ 3’)

Trascrizione: sintesi di RNA diretta da DNA

PROMOTORESEQUENZA DI

TERMINAZIONE

SEGNALI DI INIZIO DELLA TRASCRIZIONE

INIZIO DELLA TRASCRIZIONE

FASE DI ALLUNGAMENTO

FASE DI ALLUNGAMENTO

FINE DELLA TRASCRIZIONE

FINE DELLA TRASCRIZIONE

Il meccanismo della trascrizione

REGOLAZIONE DELLA TRASCRIZIONE

DIREZIONE DELLA TRASCRIZIONE

GLI RNA CONTENGONO SEQUENZE NON CODIFICANTI

MATURAZIONE DEGLI RNA EUCARIOTICI

1. Conferisce maggiore stabilità all’mRNA (lo protegge da degradazione operata da RNAasi)

2. Rappresenta il sito di legame del ribosoma all’mRNA

Cap al 5’: riconoscimento da parte di ribosomi

PoliA al 3’: protezione e trasporto

I geni eucarioti sono interrotti da

sequenza non codificanti (introni)…

Splicing

SPLICING degli mRNA eucariotici

VANTAGGI DELLA PRESENZA DI INTRONI

TRASCRIZIONE: PROCARIOTI/EUCARIOTI

Traduzione dell’mRNA:

IL CODICE GENETICO

CODICE GENETICO

� Contiene un segnale di inizio: rappresentato dal codone AUG (che codifica per l’aa metionina)

� Contiene segnali di fine lettura, rappresentati da codoni di stop (o codoni non senso)

� Non è ambiguo: un dato codone specifica sempre un unico aa. Es. il codone AUU codifica sempre l’isoleucina.

� È ridondante (o degenerato): quasi tutti gli aminoacidi sono specificati da più di un codone. Es. Isoleucina codificata da AUU, AUC, AUA

� È universale: valido per tutti gli organismi con pochissime eccezioni.

Codice genetico: degenerato, universale, non ambiguo

La degenerazione spesso segue alcune regole:

•codoni con la prima base differenti codificano per lo stesso aminoacido o per altri

simili;

•codoni che differiscono per la seconda base codificano per aminoacidi simili;

•codoni che differiscono per la terza base codificano per lo stesso aminoacido.

Traduzione

RNA messaggero mRNA

RNA di trasferimento tRNA

Aminoacidi aminoacil-tRNAsintetasi

codice genetico

Ribosomi proteine-rRNA

tRNA

Struttura del tRNA RNA di trasferimento

70-90 nucleotidi

Aminoacil-tRNA sintetasi

STRUTTURA DEI RIBOSOMI

STRUTTURA DEI RIBOSOMI

Struttura generale dei ribosomi degli eucarioti e dei procarioti

Procarioti Eucarioti

Ribosomi assemblati 70S 80S

Subunità maggiore 50S 60S

minore 30S 40S

Proteine maggiore 31 50

minore 21 33

rRNA maggiore 23S+5S 28S+5,8S+5S

minore 16S 18S

Le singole molecole di rRNA (tranne la 5 S) vengono sintetizzate nei nucleoli come RNA

45 S.

STRUTTURA DEI RIBOSOMI

Avviene nel citoplasma a livello del ribosomaProcesso rapido: polipeptide di 100 aminoacidi sintetizzato in pochi minuti

Si realizza in 3 fasi:-inizio (fattori di inizio, IF)-allungamento (fattori di allungamento, EF)-terminazione (fattori di terminazione, RF)

Il codone di inizio è AUGSequenza di Shine e Dalgarno nei Procarioti

Aminoacil-tRNA specifiche attivano gli aminoacidi legandoli al proprio tRNA

TRADUZIONE O SINTESI PROTEICA

POLIRIBOSOMI