4-Trascrizione parte I

TRASCRIZIONE: ASPETTI
FONDAMENTALI
PER TRASCRIZIONE SI INTENDE LA SINTESI
DI UNA MOLECOLA DI RNA COMPLEMENTARE
AD UNO STAMPO DI DNA.
GLI RNA CELLULARI SONO DISTINTI IN TRE
PRINCIPALI CATEGORIE:
•RNA MESSAGGERI O mRNA
•RNA DI TRASPORTO O tRNA
•RNA RIBOSOMALI O rRNA
QUESTE MOLECOLE COLLABORANO NEL
CORSO DELLA SINTESI PROTEICA
FIGURA 5.8 GENES VII = 7.9 GENE VI
LA TRASCRIZIONE E’ CATALIZZATA DALLE
RNA POLIMERASI DNA-DIPENDENTI.
FIGURA 3.4 GENOMI II
FIGURA 10.2 GENOMI II
BOLLA DI TRASCRIZIONE
(15-20 NUCLEOTIDI)
UN SOLO FILAMENTO DEL DNA E’
TRASCRITTO IN RNA
DNA
RNA
FIL. CODIFICANTE (+)
FIL. STAMPO (-)
TRASCRIZIONE (RNA
POLIMERASI DNADIPENDENTE)
(+)
L’RNA NEOSINTETIZZATO POSSIEDE LA
STESSA SEQUENZA NUCLEOTIDICA DEL
FILAMENTO CODIFICANTE, FATTA
ECCEZIONE PER LA PRESENZA DI U AL
POSTO DI T.
LE RNA POLIMERASI DNA-DIPENDENTI
POLIMERIZZANO IN DIREZIONE 5’->3’. NON
NECESSITANO DI INNESCO. UTILIZZANO
RIBONUCLEOTIDI 5’-TRIFOSFATO.
FIGURA 3.5 GENOMI II
LE RNA POLIMERASI RICONOSCONO LE
REGIONI DEL GENOMA DA TRASCIVERE
GRAZIE A SPECIFICI SEGNALI DI INIZIO E
TERMINE DELLA TRASCRIZIONE,
DENOMINATI PROMOTORI E TERMINATORI
DELLA TRASCRIZIONE.
P
T
DNA
GLI mRNA VEICOLANO AI RIBOSOMI LE
INFORMAZIONI NECESSARIE ALLA SINTESI
DELLE PROTEINE. LA LUNGHEZZA DEGLI
mRNA VARIA DA POCHE CENTINAIA A
SVARIATE MIGLIAIA DI BASI, IN UNA CERTA
MISURA IN DIPENDENZA DELLA LUNGHEZZA
DELLA PROTEINA CODIFICATA.
LA PARTE PIU’ IMPORTANTE DI UN mRNA E’
LA SEQUENZA CODIFICANTE. QUESTA E’
FORMATA DA UNA SERIE DI TRIPLETTE DI
NUCLEOTIDI CIASCUNA DELLE QUALI
SPECIFICA UN AMMINOACIDO. CIASCUNA
TRIPLETTA E’ DEFINITA CODONE.
LA SPECIFICA RELAZIONE TRA CODONE E
AMMINOACIDO E’ DEFINITA CODICE
GENETICO.
FIGURA 3.20 GENOMI II
LA DECIFRAZIONE DEL CODICE GENETICA
FU AVVIATA AGLI INIZI DEGLI ANNI SESSANTA
DA NIRENBERG E MATTHAEI
PROPRIETA’ FONDAMENTALI DEL CODICE
GENETICO SONO:
•L’UNIVERSALITA’ (IL CODICE E’ LO STESSO
PER TUTTI GLI ORGANISMI, A PARTE RARE
ECCEZIONI RELATIVE AI GENOMI
MITOCONDRIALI)
•LA DEGENERAZIONE (CI SONO PIU’ CODONI
CHE SPECIFICANO LO STESSO
AMMINOACIDO)
NELLA SEQUENZA CODIFICANTE DI UN RNA
MESSAGGERO, LA PRIMA TRIPLETTA E’
QUASI SEMPRE UN AUG (CODONE DI INIZIO);
L’ULTIMA PUO’ ESSERE UN UAA, UAG O UGA
(CODONI DI TERMINAZIONE).
OLTRE ALLA SEQUENZA CODIFICANTE,
CIASCUN MESSAGGERO CONTIENE ANCHE
REGIONI NON CODIFICANTI DETTE UTR
(UNTRANSLATED REGIONS).
5’-UTR
AUG
UAA, UAG O UGA
SEQUENZA CODIFICANTE
3’-UTR
LA TRASCRIZIONE NEI PROCARIOTI
NEI PROCARIOTI LA TRASCRIZIONE DEI GENI
CODIFICANTI GENERA mRNA GIA’
FUNZIONALI CHE POSSONO ESSERE
IMMEDIATAMENTE TRADOTTI. GLI mRNA
PROCARIOTICI INIZIANO INFATTI A
SVOLGERE LA LORO FUNZIONE ANCORA
PRIMA CHE LA LORO SINTESI SIA
COMPLETATA (TRASCRIZIONE E
TRADUZIONE AVVENGONO
CONTEMPORANEAMENTE)
FIGURA 10.1 GENOMI II
FIGURA 11.10 IL GENE VI
FIGURA 9.20 GENOMI II
TABELLA 9.4 GENOMI II
LA SPECIFICITA’ DI SEQUENZA DELLA RNA
POLIMERASI DI E. COLI RISIEDE NELLA SUA
SUBUNITA’ SIGMA. SUBITO DOPO L’INIZIO
DELLA TRASCRIZIONE LA SUBUNITA’ SIGMA
SI DISSOCIA DALLA POLIMERASI.
FIGURA 10.2 GENOMI II
P
T
DNA
I GENI PROCARIOTICI SONO SPESSO
ORGANIZZATI IN OPERONI. UN OPERONE E’
UN’UNITA’ TRASCRIZIONALE CHE
COMPRENDE PIU’ SEQUENZE CODIFICANTI.
LA TRASCRIZIONE DI UN OPERONE GENERA
UN RNA MESSAGGERO POLICISTRONICO.
L’OPERONE COMPRENDE QUINDI UNA SERIE
DI SEQUENZE CODIFICANTI ADIACENTI CHE
SONO TRASCRITTE A PARTIRE DA UN
SINGOLO PROMOTORE E QUINDI SOGGETTE
ALLO STESSO REGIME REGOLATIVO. LE
PROTEINE CODIFICATE FANNO SPESSO
PARTE DI UN’UNICA VIA METABOLICA.
FIGURA 5.14 GENES VII = 7.15 GENE VI
L’OPERONE LATTOSIO O LAC COMPRENDE
TRE GENI CODIFICANTI ENZIMI COINVOLTI
NELL’UTILIZZAZIONE DEL LATTOSIO.
FIGURA 2.20 GENOMI II
FIGURA 9.24 GENOMI II
I REPRESSORI SONO PROTEINE IN GRADO
DI LEGARSI A SEQUENZE SPECIFICHE DI
DNA, DENOMINATE OPERATORI, POSTE IN
PROSSIMITA’ DEL PROMOTORE.
I REPRESSORI AGISCONO IMPEDENDO ALLA
RNA POLIMERASI DI LEGARE IL
PROMOTORE.
L’INDUZIONE DELL’OPERONE LAC E’ UN
ESEMPIO TIPICO DI REGOLAZIONE
DELL’ESPRESSIONE GENICA.
NEL 1965 F. JACOB E J. MONOD
RICEVETTERO IL PREMIO NOBEL PER I LORO
STUDI SULL’OPERONE LAC
PER ESPRESSIONE GENICA SI INTENDE
L’INSIEME DEI PROCESSI CHE PORTANO
ALL’UTILIZZO DELL’INFORMAZIONE GENICA
PER LA SINTESI DI SPECIFICHE PROTEINE.
CONCETTUALMENTE, ESPRESSIONE
GENICA = TRASCRIZIONE + TRADUZIONE
IN ALTRE PAROLE, UN GENE SI ESPRIME IN
UN PRODOTTO PROTEICO GRAZIE AI
PROCESSI DI TRASCRIZIONE E
TRADUZIONE.
NON TUTTI I GENI DI UN ORGANISMO SONO
COSTANTEMENTE ESPRESSI IN UN
PRODOTTO PROTEICO.
E. COLI, AD ESEMPIO, POSSIEDE 4.400 GENI
CODIFICANTI ED E’ PER QUESTO
POTENZIALMENTE CAPACE DI PRODURRE
4.400 PROTEINE MA NORMALMENTE
PRODUCE SOLO PARTE DI QUESTE. MOLTE
PROTEINE DI COLI SONO INFATTI RICHIESTE
SOLO OCCASIONALMENTE, AD ESEMPIO IN
PER L’UTILIZZO DI PARTICOLARI
CARBURANTI METABOLICI .
ANCHE L’ESPRESSIONE DELL’OPERONE DEL
TRP E’ REGOLATA
STRUTTURA TIPICA DI UN GENE
PROCARIOTICO (IN REALTA’ UN OPERONE)
ATG
TAA, TAG O TGA
REGIONE –35
SEQUENZA CODIFICANTE
REGIONE –10
TERMINATORE DELLA TRASCRIZIONE
STRUTTURA TIPICA DI UN mRNA
PROCARIOTICO
AUG
UAA, UAG O UGA
SEQUENZA CODIFICANTE