Lezione 2 maggio 2011 CTF I anno - Dr. S. Forte

Biologia Molecolare
CDLM in CTF 2010-2011 – La Genomica ed il Dogma Centrale della Biologia
 
Il Genoma
 
I Geni
 
Il Dogma centrale della Biologia
 
Il genoma è l'insieme di tutte le informazioni
biologiche necessarie alla costruzione e al
mantenimento di un organismo vivente.
 
Genomi a DNA
 
 
Organismi unicellulari e pluricellulari
Genomi a RNA
 
Alcuni virus
 
L obiettivo principale dei progetti genoma è
di determinare la sequenza del DNA di un
intero genoma, in modo da identificare i
geni e le caratteristiche strutturali del
genoma.
 
Sequenziamento:
 
Ottenere blocchi di sequenze di DNA
 
Collegare progressivamente i blocchi tra loro in
file di sequenze contigue (contig)
 
Collegare i contig nella sequenze dell
genoma
intero
 
Il genoma umano, similmente ai genomi di tutti gli
animali pluricellulari, è costituito da due componenti
distinte, il genoma nucleare e il genoma
mitocondriale.
 
Genoma nucleare
 
Contiene circa 3 miliardi di nucleotidi raggruppati in
molecole lineari (Cromosomi):
 
 
22 coppie di autosomi (coppie di cromosomi uguali)
1 coppia di cromosomi sessuali, X e Y
 
 
XX nelle donne, XY negli uomini
Le cellule sessuali, o gameti, sono aploidi,
contengono cioè solo una copia per cromosoma (23
cromosomi in tutto) a differenza delle cellule
somatiche che sono diploidi (46 cromosomi).
 
E' una molecola di DNA circolare
di circa 16 mila nucleotidi,
presente in copie numerose nei
mitocondri, gli organelli che
generano energia.
 
Contiene informazioni per la
sintesi di molecole di rRNA e
tRNA.
 
Il Genoma è fatto di DNA, molecola costituita
da 4 diversi tipi di nucleotidi (A, C, G, T).
 
Obiettivo del progetto: determinare la
sequenza nucleotidica dell'intero genoma
nucleare umano.
 
Progetto pubblico, finanziato da governi e
organizzazioni di tutto il mondo.
 
Progetto privato: Celera Genomics.
 
Risultati pubblicati nel 2001.
 
Sequenziato circa l'84% del genoma umano, ad
esclusione di alcune regioni telomeriche
(estremità dei cromosomi) e prossimali ai
centromeri (centro del cromosoma).
 
Ciascun progetto genoma ha prodotto oltre 2
miliardi e mezzo di sequenze di coppie di basi.
 
L'intera sequenza del genoma umano, scritta in
Times New Roman, dimensione 12, avrebbe una
lunghezza di 5000 km!
 
Ogni essere umano ha una propria sequenza
genomica individuale, ad eccezione dei gemelli
omozigoti.
 
Principali differenze tra i genomi di due individui
diversi:
 
 
Polimorfismi (Posizioni nella sequenza contenenti nucleotidi
differenti)
Microsatelliti (Sequenze ripetute di nucleotidi, differenti in
numero tra un individuo ed un altro)
 
La sequenza nucleotidica del genoma è
presente su ciascuno dei due filamenti della
doppia elica del DNA.
 
I due filamenti sono antiparalleli, uno in
direzione 5'-3' e l'altro in direzione 3'-5':
5'-… AGATCGATACGAAAGTAC …-3'
||||||||||||||||||
3'-… TCTAGCTATGCTTTCATG …-5'
 
Dato un filamento è possibile costruire l'altro
per complementarità: ciascun filamento
contiene la stessa informazione!
 
Il genoma contiene tutte le informazioni necessarie
al funzionamento di un intero organismo.
 
Ogni cellula contiene una copia del Genoma.
 
Alcune informazioni sono utilizzate allo stesso modo
da ogni tipo di cellula, altre sono invece
caratteristiche di determinati tipi cellulari.
 
Un neurone ed un leucocita (globulo bianco)
contengono lo stesso genoma e quindi le stesse
informazioni, ma non le utilizzano tutte allo stesso
modo.
 
Il Progetto Genoma di un organismo ci rivela
la sua sequenza nucleotidica: a quel punto
occorre riuscire ad interpretarla
correttamente!
 
La sequenza di un Genoma è
apparentemente una successione casuale di
nucleotidi; in realtà sono distinguibili diversi
tipi di elementi, strutturati in maniera ben
precisa, ciascuno preposto ad una ben
determinata funzione.
 
Geni
 
Pseudogeni
 
Sequenze ripetute
 
Microsatelliti
 
Gene
Un gene è un segmento di genoma
contenente l'informazione per la sintesi di
una proteina.
Trascrizione/Traduzione
La sequenza
nucleotidica del gene
contiene la "ricetta" per
la sintesi della proteina.
Proteina
 
L'espressione dei geni coinvolge un
intermediario chiamato RNA messaggero,
che copia la sequenza del gene e la porta
fino al citoplasma, dove la sequenza viene
tradotta affinché avvenga la sintesi della
proteina (nei ribosomi).
 
Non tutti i geni però codificano proteine.
 
Alcuni di essi infatti specificano vari tipi di
RNA non codificante, alcuni dei quali
verranno introdotti più avanti.
 
In seguito ad eventi di ricombinazione del
DNA, è possibile che si ottengano copie
multiple di uno stesso gene.
 
Le copie in eccesso sono meno vincolate
e più libere di variare, dato che la funzione
continua ad essere regolarmente svolta
dalla copia originale .
 
Le copie dei geni duplicati possono
divergere, dando origine a geni differenti, o
diventare inattive.
 
La duplicazione genica è dunque una delle
principali forze dell evoluzione.
 
Gli pseudogeni sono copie non funzionali di
geni.
 
Sono una sorta di relitti evolutivi.
 
Gli pseudogeni convenzionali sono geni
inattivati in seguito ad una o più mutazioni
nella loro sequenza nucleotidica.
 
Una volta che uno pseudogene è diventato
completamente non funzionale si degraderà
per accumulazione di ulteriori mutazioni e
potrebbe addirittura non essere più
riconosciuto come relitto genico.
 
Circa il 62% del genoma umano è costituito
da regioni intergeniche, parti del genoma
che si trovano tra i geni e la cui funzione è
sconosciuta.
 
Queste sequenze venivano chiamate Junk
DNA (DNA spazzatura), perché non se ne
conosceva la funzione.
 
Ricerche recenti tendono invece a rivalutare
tali sequenze, che si rivelano
potenzialmente coinvolte in numerosi
processi: non è detto che ciò di cui non
capiamo ancora la funzione sia poco
importante!
 
Con il termine polimorfismo si intende la presenza
contemporanea all interno di una popolazione, di varianti
in una data posizione genomica.
 
Un allele è considerato polimorfico se è presente nella
popolazione con una frequenza superiore all 1%.
 
Il polimorfismo di un singolo nucleotide (SNP, Single
Nucleotide Polymorphism) è una variazione della sequenza
tra singoli individui causata dal cambiamento di un solo
nucleotide.
 
Gli SNPs sono responsabili della maggior parte della
variabilità genetica tra individui.
 
Gli alleli di uno stesso gene mostrano un esteso
polimorfismo a livello della sequenza, ma molte variazioni
non influenzano la funzione del gene.
 
Alcuni polimorfismi del genoma possono essere rivelati
mettendo a confronto le mappe di restrizione di individui
diversi.
 
A tale scopo vengono adoperati gli enzimi di restrizione,
particolari proteine in grado di riconoscere determinate
sequenze di DNA e praticare un taglio in corrispondenza di
tali sequenze.
 
Quando un certo sito è presente nel genoma di un
individuo e assente da quello di un altro, il taglio extra nel
primo genoma genera due frammenti che nel secondo
genoma corrispondono ad un unico frammento.
 
Su questo tipo di confronti si basano le prove del DNA
utilizzate per confrontare campioni di DNA in medicina
legale.
 
Il fingerprinting (impronta) del DNA analizza
le differenze tra individui nei frammenti
generati da enzimi di restrizione che
tagliano regioni contenenti brevi sequenze
ripetute.
 
Poiché tali sequenze sono uniche per ogni
individuo, la presenza di una particolare
combinazione in due individui diversi
permette di stabilire la loro ascendenza
comune (per es. una relazione genitorefiglio).
 
Le strutture di base di tutti i genomi
eucariotici sono simili, ad eccezione della
dimensione.
 
Funghi: 12-25 Mb
 
Protozoi: 190 Mb
Invertebrati: 97-5000 Mb
 
 
 
Vertebrati: 400-3300 Mb
Piante: 125-120000 Mb
 
La dimensione del genoma è correlata al numero di geni che
esso contiene?
Non è detto!
Saccharomyces cerevisiae (lievito)
Homo sapiens (uomo)
Genoma: 12 Mb
(0,004 volte la grandezza del genoma
umano)
Genoma: 3200 Mb
Geni: 5800
Geni: 25000
 
Se dimensione e numero di geni fossero correlate, il lievito
dovrebbe contenere, in proporzione a quello umano, solo 100
geni, mentre ne contiene 5800!
 
Con valore C si intende la quantità di DNA per
genoma; non c è un'ovvia correlazione fra la
complessità degli organismi e la quantità di DNA del
genoma.
 
In realtà nei genomi degli organismi meno
complessi si risparmia spazio in quanto i geni sono
più vicini tra loro.
 
Confrontando il genoma umano con quello del
lievito, emerge che l'organizzazione di quest'ultimo
è molto più economica di quella del genoma umano:
 
 
 
 
I geni sono più compatti
Le sequenze intergeniche sono più piccole
Le ripetizioni disperse e le altre sequenze non codificanti
occupano molto meno spazio
Il genoma del lievito è più "concentrato"!
 
I genomi dei procarioti sono molto differenti
da quelli degli eucarioti:
 
Sono molto più piccoli
 
Sono molto più compatti
Sono contenuti in una singola molecola di DNA
circolare
Alcuni geni possono essere localizzati su
molecole indipendenti di DNA più piccole,
chiamate plasmidi.
 
 
 
Il Genoma
 
I Geni
 
Il Dogma centrale della Biologia
 
Il gene è l'unità ereditaria e funzionale degli
organismi viventi.
 
La maggior parte dei geni codifica proteine, che
sono le macromolecole maggiormente coinvolte nei
processi biochimici e metabolici della cellula.
 
Altri geni non codificano proteine, ma producono
RNA non codificante, che può giocare un ruolo
fondamentale nella sintesi delle proteine e
nell'espressione genica (La trascrizione del DNA in
RNA e la traduzione dell'RNA in proteina).
 
Parte del contenuto dei geni non viene trascritto, ma
può coordinare la stessa espressione genica.
 
Tra queste regioni figurano i promotori, i terminatori
e gli introni .
• 
• 
• 
• 
I geni non sono sequenze casuali ma hanno caratteristiche ben precise.
Buona parte dell'informazione contenuta in un gene viene "copiata" in una
molecola di RNA; il resto del gene è coinvolto comunque nel processo di
"copia" (trascrizione).
Alcuni tipi di RNA vengono utilizzati per la sintesi delle proteine, altri svolgono
svariati tipi di funzioni.
Esistono tre classi di geni, che differiscono in base al tipo di RNA che viene
prodotto con la loro espressione:
–  Geni della I classe
•  RNA ribosomiale (rRNA)
–  Geni della II classe
•  RNA messaggero (mRNA)
•  Piccoli RNA nucleari (snRNA)
•  Micro RNA (miRNA)
–  Geni della III classe
• 
• 
• 
• 
RNA transfer (tRNA)
Piccoli RNA nucleolari (snoRNA)
Piccoli RNA citoplasmatici (scRNA)
Micro RNA (miRNA)
 
Gli RNA Messaggeri (mRNA) sono gli unici
tipi di RNA codificante.
 
Sono i trascritti dei geni che codificano
proteine.
 
Trasportano l'informazione genica nel
citoplasma, dove tale informazione viene
impiegata per la sintesi delle proteine.
 
Costituiscono solo il 4% circa degli RNA
totali della cellula ed hanno vita breve, in
quanto vengono degradati poco dopo la
sintesi proteica.
 
 
RNA ribosomiali (rRNA)
 
Sono i più abbondanti nelle cellule
 
Sono parte integrante dei ribosomi, le
particelle dove ha luogo la sintesi proteica
RNA transfer (tRNA)
 
Sono piccole molecole coinvolte nella sintesi
proteica
 
Trasportano gli aminoacidi ai ribosomi in modo
tale da permettere la loro unione nell'ordine
specificato dalla sequenza nucleotidica
dell'mRNA
 
Piccoli RNA nucleari (snRNA)
 
 
Piccoli RNA nucleolari (snoRNA)
 
 
Svolgono un ruolo cruciale nella maturazione
delle molecole di rRNA
Piccoli RNA citoplasmatici (scRNA)
 
 
Sono coinvolti nella maturazione degli mRNA
Gruppo eterogeneo che comprende molecole con
una varietà di funzioni diverse, alcune ancora
misteriose
microRNA (miRNA)
 
Sono piccole molecole che regolano l'espressione
genica a livello post-trascrizionale
ATGGAGGAGGACATGTACGTGGACATTTTCCTGGACCCTTATACCTTCCAGATGGAGGAGGACATGTACGTGGACATTTTCCTGGACCCTTATACCTTCCAGGATGACTTTCCTCCAGCTACGTCTCAACTAT
TCAGCCCAGGAGCGCCTTTAGATGTGCACCCACTTAATCCATCCAATCCAGAGACTGTATTTCATTCACATCTTGGTGCAGTCAAAAAGGCACCCAGTGACTTTTCATCTGTGGATCTAAGCTTCTTACCAG
ATGAACTTACCCAAGAAAATAAAGACCGAACTGTCACTGGAAACAAAGTCACAAATGAGGAAAGCTTTAGGACTCAAGATTGGCAAAGTCAGTTGCAGTTGCCTGATGAACAAGGCAGTGGGCTGAAC
TTGAATAGCAACAGTTCACCAGATACCCAGTCATGTCTGTGCTCTCATGATGCTGACTCCAACCAGCTCTCTTCAGAAACACCAAATTCCAATGCCTTACCTGTGGTATTGATATCATCCATGACACCAATGA
ACCCTGTTACAGAATGTTCTGGAATTGTGCCTCAATTACAGAATGTAGTTTCCACTGCAAATCTGGCCTGTAAATTGGATCTGAGAAAAATAGCTTTGAATGCCAAAAACACAGAATATAATCCAAAGAGGT
TTGCTGCAGTCATAATGAGGATCCGAGAGCCAAGGACCACAGCTCTTATATTTAGCTCTGGGAAAGTGGTCTGTACAGGAGCCAAAAGTGAAGACGAGTCTCGGCTGGCAGCAAGAAAGTATGCTCGCGT
GGTGCAGAAGCTGGGGTTCCCCGTCAGATTCTTCAATTTTAAAATTCAGAACATGGTTGCAAGCTGTGATGTGAAATTTCCCATCAGGCTGGAGATTTTGGCACTAACCCATCGGCAGTTCAGTAGTTATGA
GCCTGAACTGTTCCCTGGCCTTATTTATAAGATGGTGAAACCGCAGGTTGTGCTGCTCATCTTTGCATCTGGAAAGGTTGTACTGACAGGTGCCAAAGAGCGTTCTGAGATCTACGAAGCATTTGAAAACA
TGTATCCTATTCTAGAAAGTTTTAAGAAAGTCTGAATGGAGGAGGACATATACCTGGACCTCTTCCTGGATCCTTATACCATCCAGGATGACTTTCCTCCAGCTATGTCTCAACTGTTCAGCCCAGGAGTGCC
TTTAGACATGCACTCACTTCCATCTAATCCAGAGACTGTGTTTCATCCACATCTTGGTGGAGTCAAAAAGGCATCCACTGACTTTTCATCTGTGGATCTAAGCTTCTTACCAGATGAACTTACCCAAGAAAA
TAGAGACCAAACTGTCACTGGAAACAAGCTGGCAAGTGAGGAAAGCTGTAGGACTCGAGATCGACAAAGTCAGTTGCAGTTGCCCGATGAACATGGCAGTGAGCTGAACTTGAATAGCAACAGTTCAC
CAGATCCCCAGTCATGCCTGTGCTTTGATGATGCTCACTCCAACCAGCCCTCTCCAGAAACACCAAACTCCAATGCCTTACCTGTGGCATTGATAGCATCCATGATGCCAATGAACCCTGTTCCAGGATTTT
CTGGAATTGTGCCTCAATTACAGAATGTAGTTTCCACTGCAAATCTGGCCTGTAAATTGGATCTGAGAAAAATAGCCCTGAATGCCAAAAACACAGAATATAACCCAAAGAGGTTTGCTGCAGTAATAATG
AGGATCCGAGAGCCAAGGACAACAGCTCTCATCTTTAGCTCTGGGAAAGTGGTCTGTACAGGAGCCAAAAGTGAAGAGGAGTCTCGGCTGGCAGCGAGAAAGTATGCTCGTGTGGTGCAGAAGCTCGG
GTTCCCTGTCAGATTCTTCAATTTTAAAATTCAGAACATGGTTGGAAGCTGTGATGTGAAATTTCCCATCAGGCTGGAGATTTTGGCACTAACCCATCGGCAGTTCAGTAGTTATGAACCTGAACTTTTCCCC
GGCCTTATTTATAAGATGGTAAAACCACAGGTTGTGTTGCTAATCTTTGCATCTGGAAAAGTTGTGTTAACAGGTGCCAAAGAGCGTTCTGAGATCTATGAAGCATTTGAAAACATGTATCCTATTCTAGAAA
GTTTTAAGAAAGTCTGAATGGAGCAGGAGGAGACCTACCTGGAGCTCTACCTGGACCAGTGCGCCGCTCAGGATGGCCTTGCCCCACCCAGGTCTCCCCTGTTCAGCCCAGTTGTACCTTATGATATGTAC
ATACTGAATGCATCCAATCCGGATACTGCATTTAATTCGAACCCTGAAGTCAAAGAAACATCTGGTGATTTCTCATCTGTGGATCTTAGCTTCCTACCAGATGAAGTTACCCAGGAAAATAAAGACCAGCCT
GTCATTAGCAAACACGAAACTGAAGAAAATTCTGAAAGCCAAAGTCCACAAAGTAGGTTGCCATCACCCAGCGAACAGGACGTTGGGCTGGGCTTAAACAGCAGCAGTTTGTCAAATTCCCATTCACAG
CTGCACCCTGGTGATACTGACTCAGTCCAGCCCTCTCCTGAGAAACCAAACTCCGACTCCTTGTCTCTGGCATCCATAACTCCCATGACACCAATGACCCCTATTTCAGAATGTTGTGGAATTGTACCTCAA
CTACAGAATATAGTTTCCACTGTAAACCTGGCCTGTAAGTTGGATCTGAAGAAAATAGCTTTGCATGCAAAAAATGCAGAATATAACCCAAAGAGGTTTGCTGCTGTCATAATGAGGATCCGAGAGCCCAG
GACAACAGCCCTTATATTTAGCTCTGGGAAGATGGTCTGCACGGGAGCCAAAAGTGAAGAGCAGTCTCGACTTGCAGCAAGAAAATATGCTCGTGTGGTGCAGAAGCTTGGGTTCCCTGCCAGATTCCTC
GATTTTAAAATTCAGAACATGGTTGGAAGCTGTGATGTGAGATTTCCCATCAGGCTGGAAGGTTTGGTGCTAACCCATCAGCAGTTCAGTAGTTACGAGCCTGAACTGTTTCCTGGTCTTATTTATAGAATG
GTAAAACCACGAATTGTGTTGCTTATCTTTGTATCTGGAAAAGTTGTGTTGACAGGTGCCAAAGAACGTTCTGAGATCTATGAAGCATTTGAAAACATCTATCCTATTCTAAAAGGTTTTAAAAAAGCCTGA
GAAGTCCCCTGGGTAACTTCCAGGCAGCTTCATTTCTGAAGAGTCCAAACTGCAGCATAGAGGACTTATGAAAAACTGTAAAAAATTGGTTTTAAGTGTTCCATTAAACCCAAAGAAAACAGTCACACAA
CAAAGCCAGACACAGAAAATTAGGGTGACATGTTTCCTGTCATATGTGGAGCCTAGAGAACATAGAGATGATGTGAAAGCAGAAGGAGCTATCAAGAAAAAGGAAAGCAGATGGGGCAGCAGATCCATG
GGAATACTGGCAGAACTGTATAATGGAAGAATGTCGTATGCACATATGAACATGTCATAATGAAACCTAGTATTTTGTACAGTTAATATGGACTAGACAATAGCACAAAGAAATTAGAGATTAGTCTAGCTAT
ATGAAGAGGCTACATCAAAGATCACTCCTTTTTGATGGACAAATTTAATTCCTTATAACTGTAGAGCTGAGATATTCACTTGCTTGTCAGACATTAAATGTATCCCACTCTTAGGGTCTAGAAGTTACCCAGA
CTTCTTGTACCATGGTCCCATCTATCTTCAAAGTCAGCAGTGACGACTCTGCCTTATGACAAGGTCATCTCCTGCTTTCAAATCCCTCCCAAAGAGTGGCCAATTCCTCCTTGGCTGCTCAGTCAGTAAGGG
CAGGCTTGGATCCTTTCCCTTTCCTAACAATGGACTTGGAATTTTAATTACATCTTCAAAACCCAAGAGCATTTGGTTTTTTTTAGATAACTGGGAGATACATTTGGAGATAGGGATTTGGGGAGCCACCGAA
ACATTCTACCTACCATAGGAAATAGTTATAAATCTATTTTACTGGCTGGAGAGATGGCCAAGCAGTTAAGAATACTTTCTGCTTTTTCAAAGGATAGAAATTCTGTTCCTAGCACCCACACTGGGCTTCTTAG
TGATTCCAACTCTACAGGACCTGATGCCTCCTTCTCTCTGGCTTCCTTAGATACCAGTTTGTACTGGCACATGCATATGCACAGGAGAAGGCTCTCTCTCTCTCTCTCCCCCCCCCCCCTCTCTCTCTCTCAC
ACACACACACAAGATGGTGAGATATAATTAATAAAATAAAGTAAAATTTGGATCTGTTTTAGTCAGTTTGGGATGCCATAATAAAACACCACAAACTGGGCAGTTTAAACCACAGAAATTTCCTTCATAGTT
CTGAAGGCTGGAGATCTAAGATCAAGGTCCCTGCAGATTTGGTCTCTCCTGTAGCAATCCTCCATCTTTCCTTTTAGGTAGCTGCCTTAATGTTGCTCTTTTTACAGCTTTTTCTTTGTATTTCTATGAAAACA
TCAGACATATTGGATTGGGGCTTCTACACATGATCTTCATGGGATAAGCAATAACCATAGTTACTGATCTGTGAGGCTGGTTCTGAGTGTGCAGCTCAGTAGGCTGTCTCATTTACAGACACTATGACATTAC
ATG
 
I geni codificanti sono quelli che vengono
trascritti in mRNA.
 
Contengono una parte realmente codificante,
che specifica la sequenza degli aminoacidi che
costituiranno la proteina, ed una parte non
codificante.
 
A monte della sequenza che verrà trascritta in
mRNA vi sono le sequenze regolatrici.
 
La sequenza trascritta è costituita da due tipi
di elementi, detti esoni ed introni.
 
Solo gli esoni contengono informazioni per la
sintesi della proteina.
 
La struttura dei geni procariotici è più semplice.
 
Spesso, nei genomi procariotici, diversi geni vengono controllati
da un'unica regione regolatrice: un tale insieme di geni viene
definito operone (Es. operone formato dai geni A, B, C, D, E).
 
I geni dell'operone codificano determinate proteine.
 
Il promotore, a monte dei geni, è necessario all'inizio della
trascrizione.
 
L'operatore, nella sequenza regolatrice, regola l'espressione dei
geni.
 
Il Genoma
 
I Geni
 
Il Dogma centrale della Biologia
 
L espressione genica è il processo attraverso cui
l informazione contenuta in un gene (DNA) viene trascritta in
una molecola di mRNA (trascrizione) e quindi convertita in una
proteina (traduzione).
 
Tale processo è regolato finemente a diversi livelli, dall inizio
della trascrizione alle modificazioni post-traduzionali delle
proteine prodotte.
 
Il cosiddetto dogma centrale della biologia è il principio secondo
il quale il flusso dell'informazione genetica è monodirezionale e
parte dagli acidi nucleici per arrivare alle proteine.
 
Fanno eccezione a questo principio i retrovirus, il cui ciclo di
replicazione prevede l'introduzione nella cellula della loro
informazione genetica sotto forma di RNA, la sua
retrotrascrizione nel citoplasma in una molecola di DNA che va
ad integrarsi nel genoma dell'ospite.
 
La trascrizione produce una catena di RNA
identica nella sequenza ad un tratto di
filamento di DNA codificante e
complementare al filamento stampo su cui
avviene la sua sintesi.
DNA
gene
gene
mRNA
Fattori di trascrizione
 
I promotori sono specifiche sequenze
di DNA, che vengono riconosciute da
particolari proteine note come fattori
di trascrizione.
 
Questi fattori si legano ai promotori,
reclutando un enzima particolare
chiamato RNA polimerasi, che è in
grado di sintetizzare una molecola di
RNA a partire dalle informazioni
codificate nel gene.
 
I promotori sono elementi cruciali
che cooperano con altre regioni
regolatorie (enhancers, silencers, …)
per il controllo del livello di
trascrizione di un dato gene.
promotori
DNA
gene
gene
mRNA
 
La sintesi dell'RNA avviene
all'interno di una bolla di
trascrizione in cui il DNA viene
temporaneamente separato in due
filamenti singoli e il filamento
stampo è usato per la sintesi del
filamento di RNA.
 
La sintesi parte dall'estremità 5' e
procede in direzione dell'estremità
3'.
 
La trascrizione ha inizio quando
l'enzima RNA polimerasi si lega ad
un promotore del gene da
trascrivere, originando la bolla di
trascrizione.
Fattori di trascrizione
promotori
DNA
gene
gene
mRNA
RNA Polimerasi
 
La RNA polimerasi produce un filamento di
RNA identico al gene da trascrivere, e per far
questo utilizza come stampo il filamento
opposto a quello su cui risiede il gene,
sintetizzando la molecola di RNA in modo
complementare allo stampo.
 
Nei procarioti, degli appositi segnali di
terminazione posti a valle del gene, indicano il
termine della trascrizione.
 
Non sono stati individuati segnali di
terminazione negli eucarioti, ma si è osservato
che la terminazione avviene generalmente a
valle di una certa sequenza consenso.
 
Non tutta l informazione contenuta nel gene è necessaria alla codifica
della proteina corrispondente.
 
Per questo, l informazione superflua viene rimossa mediante un
processo detto splicing.
 
Inoltre all mRNA viene aggiunto un cappuccio all estremità
5 (CAP) e una coda di Adenine (Poly-A) al 3 , per aumentarne la
stabilità.
gene
mRNA (Trascritto primario)
Splicing
gene
gene
mRNA (Trascritto maturo)
AAAA
A
 
Gli mRNA maturi, provvisti di 5' cap, coda di
Poli(A) e privi della parte non codificante,
vengono esportati dal nucleo nel citoplasma.
 
La traduzione (o sintesi proteica) costituisce
la seconda fase del processo di espressione
genica, ovvero il processo in cui
l'informazione contenuta nel DNA dei geni
viene convertita in proteine che svolgono
nella cellula un'ampia gamma di funzioni.
 
Nella sintesi proteica un filamento di RNA
messaggero, prodotto a partire da un gene
sul DNA attraverso il processo di
trascrizione, è usato come stampo per la
produzione di una specifica proteina.
gene
mRNA (Trascritto maturo)
Traduzione
Proteina
 
Il codice genetico permette il
passaggio dall alfabeto dei
nucleotidi a quello degli aminoacidi.
 
In particolare, ad ogni tripletta di
nucleotidi corrisponde un
aminoacido.
 
Il ribosoma, particella composta da
RNA e proteine, lega l mRNA,
riconosce un particolare segnale di
inizio della traduzione (AUG) e scorre
lungo l mRNA sintetizzando la
catena di aminoacidi corrispondente
alle triplette presenti sull mRNA.
 
 
Le scienze omiche:
 
La genomica è lo studio del genoma.
 
La trascrittomica è lo studio del trascrittoma,
cioè la serie di tutti i geni espressi, definito in
base alle molecole di RNA trascritte (mRNA ed
RNA non codificanti).
 
La proteomica è lo studio del proteoma, cioè la
serie completa delle proteine, che dovrebbe
corrispondere agli mRNA del trascrittoma.
Altre scienze omiche:
 
Metabolomica, glicomica, fosfoproteomica…