Trascrizione e traduzione

Trascrizione e traduzione
La finalità dell’espressione genica è quella di trasferire l’informazione genetica
ad altre molecole, mRNA prima e proteine successivamente
Proteine controllano
tutte le attività biologiche
Livelli di regolazione dell’espressione genica
La regolazione dell’espressione genica è un processo cruciale al fine di
controllare qualitativamente e quantitativamente gli effetti biologici
modulati dalle varie proteine
- Diversificazione biologica, differenziamento cellulare di un organismo
pluricellulare
- Diversità di stati funzionali che una cellula, un tessuto o un organismo
possono realizzare in diversi momenti della loro vita
Livello di controllo trascrizionale
Livello di controllo post-trascrizionale
Livello di controllo post-traduzionale
Livelli di regolazione dell’espressione genica
-Livello di controllo trascrizionale
-Livello di controllo post-trascrizionale
-Livello di controllo post-traduzionale
Recentemente è stato dimostrato che oltre
al grado di condensazione della cromatina
anche il posizionamento dei cromosomi,
delle anse e persino dei singoli geni
all’interno del nucleo influenzano la
trascrizione e quindi l’espressione genica
Trascrizione
reazione biosintetica catalizzata dall’enzima RNA polimerasi attraverso
la quale viene prodotta una molecola di RNA a partire da una sequenza di DNA
-RNA è costituito da unità monomeriche di nucleotidi
-I singoli nucleotidi sono uniti fra loro attraverso legami fosfodiestere che si formano tra
lo zucchero di un nucleotide e il fosfato del nucleotide successivo.
-L’RNA è composto da ribonucleotidi, il DNA da deossiribonucleotidi;
-Le molecole di mRNA consistono di una sola catena polinucleotidica;
-Le molecole di DNA sono a doppio filamento, con le due catene polinucleotidiche
tenute assieme da legami idrogeno che si formano tra le basi azotate. I due filamenti di
DNA hanno direzione opposta.
-la timina, contenuta nel DNA, è sostituita con l’uracile
Trascrizione
RNA polimerasi non necessita di un innesco per avviare la trascrizione di una sequenza di
DNA in RNA. La polimerizzazione avviene a partire da ribonucleotidi trifosfato che, come
nella sintesi del DNA, vengono aggiunti all’estremo 3’ del trascritto in crescita e scelti
affinchè contengano la base azotata complementare a quella corrispondente che di volta
in volta viene esposta sullo stampo
La sintesi dell’RNA avviene ad opera dell’enzima RNA polimerasi, coadiuvato nel
suo compito da altre proteine denominate fattori di trascrizione
fattori di trascrizione, abbondanti e fondamentali negli eucarioti, danno avvio alla
trascrizione e la regolano attraverso interazioni specifiche con una regione a
monte del gene definita PROMOTORE
La trascrizione si articola in tre fasi:
-Inizio
-Allungamento
-Terminazione
1. Inizio: interazione fra RNA-polimerasi e promotore.
Formazione della bolla di trasrizione
Bolla trascrizionale
Induce durante la progressione
la denaturazione del DNA a
valle e il riavvolgimento a monte
2. Allungamento e Terminazione: l’ RNA-polimerasi scorre sul filamento
stampo di DNA sintetizzando l’RNA che mantiene un appaiamento ciroscritto,
transitorio e migrante fino a quando non viene raggiunta la sequenza di terminazione
UTR regioni non
codificanti
che
avviano e regolano
la sintesi proteica
La trascrizione nei procarioti
RNA polimerasi complesso multiproteico che si associa a promotori batterici che
contengono due sequenze esanucleotidiche a 10 e 35 nucleotidi a monte del sito
di inizio della trascrizione
La subunità s media il
legame con le regioni
-35 e -10
Denaturazione
del DNA autonoma
Rilascio
del promotore,
Terminatori intrinseci, sequenza
palindromica ripetuta invertita
La trascrizione negli eucarioti
80% rRNA
15% RNA non codificante
5% mRNA
Fattori di trascrizione generali: funzione di riconoscere e legare il promotore
dei geni, reclutare le varie RNA polimerasi, posizionarle sul sito di inizio della
trascrizione e attivarle funzionalmente.
L’RNA polimerasi II necessita di fattori trascrizionali specifici
Elementi di controllo
Attivatori trascrizionali
Repressori trascrizionali
enhancers
silencers
Fattori trascrizionali: dominio di legame al DNA e dominio di
attivazione con cui contattano il complesso di inizio
Fattori di trascrizione generali
dell’mRNA eucariotica
Formazione
del complesso di inizio
Elementi di controllo prossimale
possono
assistere
l’inizio
della
trascrizione reclutando e posizionando
sul DNA il complesso di inizio
Elementi di controllo
distali controllano la
trascizione di geni inducibili
il DNA viene ripiegato
per formare un ansa
-30
Complesso di inizio
Meccanismi che regolano l’attività di un fattore di
trascrizione:
-Eterodimerizzazione
-Modificazioni post-traduzionali
-Localizzazione subcellulare
-Interazione con un ligando
L’attività inibitoria dei repressori viene esercitata attraverso
una attività di interferenza nei confronti degli attivatori che
può svolgersi con diversi meccanismi:
-Il dominio di legame del repressore compete con quello per il
legame di una sequenza di DNA comune
-Il dominio di repressione del repressore lega quello di attivazione
dell’attivatore impedendogli di interagire con il complesso di inizio
-Il dominio dei repressione lega il sito del complesso di inizio
normalmente rionosciutp dall’attivatore
-Il represso recluta complessi di modificazione e remodellamento
della cromatina che induco condensazione cromtina
Il livello di trascrizione di ciasun gene è il risultato della
combinazione fra gli elementi di controllo collocati nella sua
regione promotrice e l’espressione e il grado di attività dei
fattori trascrizionali che si legano ad essi
Maturazione dell’mRNA
Modificazioni post-trascrizionali
che proteggono l’estremità
dell’mRNA
dall’attacco
degradativo delle esonucleasi
Maturazione dell’mRNA
Aggiunta di una molecola
di 7 metil-guanosina a cui
si associa un complesso
proteico
chiamato
complesso del cap
Modificazioni RNA
Taglio a livello del CA promosso da un’esonucleasi
e aggiunta della coda di poli A ad opera di una RNA
polimerasi chiamata poli A polimerasi
Splicing: rimozione degli introni dal trascritto primario
Traduzione la sequenza lineare dell’mRNA, scritta in un alfabeto di
solo 4 lettere, deve essere tradotta in una sequenza lineare di 20
amminoacidi
Il codice genetico è
costituito da un codice
a triplette, dove ogni
tripletta è chiamata
codone e codifica per
un
amminoacido
particolare
Il codice genetico è:
- Universale
- Ridondante (degenerato)
Nel processo di traduzione lo “stampo” è l’mRNA, la cui
informazione viene letta in triplette, in direzione 5’
3’
e la proteina corrispondente viene sintetizzata dall’Nterminale al C-terminale
Codone di inizio AUG
Codone di stop UAA, UAG, UGA
Il codone di inizio AUG
stabilisce lo schema di
lettura della sequenza
nucleotidica
Il processo di decifrazione del codice genetico richiede
due classi diverse di molecole che funzionano da interpreti
-RNA transfer
-Amminoacil-tRNA sintetasi
e il ribosoma un complesso catalitico che permette la
sintesi della catena polipetidica
RNA transfer (tRNA) da una parte legano l’amminoacido e dall’altro il
codone rispettivo sull’mRNA
Struttura
a trifoglio
il tRNA riconosce un codone
sull’mRNA,
permettendo
quindi
l’aggiunta dell’amminoacido giusto alla
catena polipetidica in crescita
L’ aminoacil-t-RNA sintetasi catalizzano la formazione di
un legame covalente tra il braccio accettore del tRNA e
l’aminoacido corrispondente all’anticodone
Sono presenti 20 diverse aminoacil-tRNA sintetasi
Il ribosoma
Subunità minore:
piattaforma su cui i tRNA
possono essere appaiati con i rispettivi codoni
dell’mRNA
Subunità
maggiore:
catalizza
la
formazione del legame peptidico che congiunge
due
amminoacidi
contigui
nella
catena
polipeptidica
RNA
ribosomale
Struttura a forcina
Meccanismo attraverso cui l’
rRNA forma strutture globulari
Struttura del ribosoma
4 siti di legame
-1 per l’mRNA
-3 per i tRNA
La sintesi delle proteine sui ribosomi
La sintesi delle proteine sui ribosomi
-Inizio
-Elongazione
-Terminazione
La sintesi delle proteine sui ribosomi
Fase di inizio nei procarioti: ricerca del codone di inizio da parte del
complesso di pre-inizio e la subunità piccola del ribosoma
Riveste un ruolo chiave la sequenza, Shine-Dalgarno a monte dell’AUG
mRNA policistronici
Fase di inizio negli eucarioti:
ricerca della sequenza consenso
contenete AUG, chiamata
sequenza di Kozak
mRNA monocistronici
La sintesi delle proteine sui ribosomi
Fase di inizio negli eucarioti:
-il mRNA viene riconosiuto per la presenza del cap al 5’ e della coda
di poli-AA al 3’
-ricerca della sequenza consenso contenete AUG, chiamata
sequenza di Kozak.
Formazione del complesso di pre-inizio
mRNA monocistronici
2.Elongazione del polipeptide
sito P
sito E
sito A
mRNA eucariotico circolarizza: la coda poli (A) interagisce,
tramite proteine specifiche e fattori di inizio, direttamente con il CAP
determinando una circolarizzazione dell’mRNA
-far iniziare la trascrizione su molecole di mRNA intere
-permettere alle due subunità del
ribosoma
di
assemblarsi
e
disassemblarsi sulla stessa molecola
di mRNA per iniziare un nuovo ciclo
di traduzione
-polisomi
3.Terminazione della sintesi proteica
Fattori di rilascio
simili a tRNA
Le chaperonine (o chaperon molecolari) proteggono le proteine da
interazioni inappropriate e assistono il processo spontaneo di
ripiegamento delle proteine.