trascrizione biologia

Trascrizione e Traduzione: Processi Fondamentali

• La trascrizione e la traduzione sono i meccanismi cellulari per leggere ed esprimere le istruzioni genetiche contenute nei geni.
• Le cellule possono sintetizzare grandi quantità di proteine rapidamente; l'efficienza di trascrizione e traduzione varia per produrre diverse quantità di proteine da geni specifici.

La Sintesi Proteica e il Ruolo dell'RNA

• Gli amminoacidi vengono attivati da ATP ed enzimi specifici, poi trasferiti all'RNA transfer (tRNA).
• Il tRNA trasporta l'amminoacido ai ribosomi, dove si appaia con il codone complementare sull'RNA messaggero (mRNA), che porta l'informazione genetica dal DNA.
• L'mRNA è sintetizzato nel nucleo da RNA polimerasi-DNA-dipendente, che usa il DNA come stampo per creare una sequenza di RNA complementare.

Differenze tra DNA e RNA

• L'RNA è un polimero lineare di ribonucleotidi (contiene ribosio) uniti da legami fosfodiestere, a differenza del deossiribosio del DNA.
• L'RNA contiene uracile (U) al posto della timina (T), e U si appaia con l'adenina (A).
• A differenza del DNA a doppia elica, l'RNA è a singolo filamento e può ripiegarsi in complesse strutture tridimensionali, conferendogli funzioni strutturali e catalitiche.

Il Processo di Trascrizione

• La trascrizione inizia con lo svolgimento di una piccola porzione del DNA; uno dei filamenti di DNA agisce da stampo per la sintesi di RNA.
• L'RNA polimerasi aggiunge ribonucleotidi in sequenza 5'-3' in modo complementare allo stampo, senza bisogno di un primer.
• A differenza della replicazione, la catena di RNA viene rilasciata dallo stampo DNA, e l'elica DNA si riforma.
• La trascrizione è meno accurata della replicazione del DNA (1 errore ogni 10^4 nucleotidi vs 10^7) poiché gli errori nell'RNA non sono permanenti.

Tipi di RNA e Unità di Trascrizione

• mRNA: trasporta l'informazione per la sintesi proteica.
• snRNA (small nuclear RNA): dirige lo splicing del pre-mRNA.
• rRNA (ribosomal RNA): forma il nucleo dei ribosomi.
• tRNA (transfer RNA): adattatori che selezionano gli amminoacidi.
• Una unità di trascrizione è il segmento di DNA trascritto, che negli eucarioti corrisponde generalmente a un singolo gene.

Trascrizione nei Batteri

• L'RNA polimerasi batterica, assistita dal fattore sigma σ, riconosce e si lega a sequenze specifiche sul DNA chiamate promotori per iniziare la trascrizione.
• Dopo aver sintetizzato circa 10 nucleotidi, il fattore sigma si dissocia e l'enzima prosegue l'allungamento.
• La trascrizione termina quando l'RNA polimerasi incontra un terminatore, spesso una sequenza che forma una struttura a forcina nell'RNA.

Trascrizione negli Eucarioti

• Gli eucarioti hanno tre RNA polimerasi nucleari: Polimerasi I (rRNA), Polimerasi II (mRNA, snRNA), e Polimerasi III (tRNA, 5S rRNA).
• L'RNA polimerasi II richiede numerosi fattori generali di trascrizione (TFII) per iniziare la trascrizione, a differenza del singolo fattore sigma batterico.
• L'inizio della trascrizione eucariotica deve considerare la compattazione del DNA in nucleosomi e cromatina.
• L'assemblaggio inizia con il legame di TFIID (con la subunità TBP) alla TATA box sul promotore, seguito dall'assemblaggio di altri TFII e della RNA polimerasi II.
• TFIIH, che include una DNA elicasi, idrolizza ATP per svolgere il DNA e esporre il filamento stampo.
• La fosforilazione del dominio C-terminale (CTD) della RNA polimerasi II è cruciale per la transizione dalla fase di inizio a quella di allungamento.

Elongazione e Modificazioni Post-Trascrizionali Eucariotiche

• Durante l'allungamento, la RNA polimerasi II è associata a fattori di allungamento e complessi di rimodellamento della cromatina, che la aiutano a trascrivere attraverso i nucleosomi.
• Il movimento della polimerasi genera superavvolgimenti del DNA, gestiti da topoisomerasi (es. DNA girasi nei batteri).
• L'mRNA eucariotico subisce modifiche covalenti di entrambe le estremità e la rimozione di introni (sequenze non codificanti) tramite splicing.
• La formazione del cappuccio 5' (un nucleotide guaninico modificato) avviene dopo circa 25 nucleotidi e segnala l'mRNA, aiutando l'esportazione nucleare e la traduzione.
• Lo splicing rimuove gli introni dagli esoni (sequenze codificanti) del pre-mRNA, tramite due reazioni di transesterificazione, ed è eseguito dallo spliceosoma, un complesso di snRNA e proteine (snRNP).
• Lo splicing alternativo permette di rimuovere sia introni che alcuni esoni, generando diversi mRNA da un singolo trascritto primario, che codificano per diverse proteine.