Genetica

Trascrizione del DNA

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Dante Morelli

Cos'è la trascrizione del DNA?

IL Trascrizione del DNA È il processo attraverso il quale le informazioni contenute nell'acido deossiribonucleico vengono copiate sotto forma di una molecola simile, l'RNA, sia come fase precedente per la sintesi della proteina o per la formazione di molecole di RNA che partecipano a più processi cellulari di Grande importanza (regolazione dell'espressione genetica, segnalazione, ecc.).

Sebbene non sia vero che tutti i geni di un organismo codificano per le proteine, è che tutte le proteine di una cellula, eucariotica o prokaryota, sono codificate da uno o più geni, in cui ogni aminoacido è rappresentato da una serie di tre DNA Base (codone).

Elaborazione del gene eucariotico (Fonte: Leonid 2/CC BY-SA (https: // creativeCommons.Org/licenze/by-sa/3.0) via Wikimedia Commons)

La sintesi della catena polipeptidica appartenente a qualsiasi proteina cellulare si verifica grazie a due processi fondamentali: trascrizione e traduzione; entrambi estremamente regolati, poiché si tratta di due processi di grande importanza per il funzionamento di qualsiasi organismo vivente.

Cos'è la trascrizione del DNA?

La trascrizione implica la formazione di uno "stampo" di una molecola di RNA nota come "RNA messenger" (RNM) dalla sequenza "pattern" codificata nella regione del DNA corrispondente al gene che deve essere trascritta.

Questo processo viene effettuato da un enzima chiamato RNA polimerasi, che riconosce luoghi speciali nella sequenza del DNA, si lega a questi, apre il filamento di DNA e sintetizza una molecola di RNA usando uno di questi fili di DNA complementari come la muffa o un'altra sequenza speciale di detenzione.

La traduzione, d'altra parte, è il processo attraverso il quale si verifica la sintesi proteica. Consiste nella "lettura" delle informazioni contenute nell'RNM che è stato trascritto da un gene, nella "traduzione" dei codoni del DNA negli aminoacidi e nella formazione di una catena polipeptidica.

La traduzione delle sequenze nucleotidiche dell'mRNA viene effettuata da enzimi noti come sintetici aminoacile-ant, grazie alla partecipazione di altre molecole di RNA note come "trasferimento di RNA" (ARNT), che sono anticodoni dei codoni contenuti nell'RNM, che sono una copia fedele della sequenza del DNA di un gene.

Trascrizione negli eucarioti (processo)

Durante la trascrizione negli eucarioti il DNA viene usato come stampo per creare un filo di RNA messaggero con l'aiuto dell'enzima RNA polimerasi

Nelle cellule eucariotiche il processo di trascrizione si verifica all'interno del nucleo, che è il principale organello intracellulare in cui il DNA è contenuto nei cromosomi. Inizia con la "copia" della regione di codifica del gene che viene trascritto in una semplice molecola di banda nota come Messenger RNA (RNM).

Poiché il DNA è limitato in questo organello, le molecole MRNM funzionano come intermediari o trasportatori nella trasmissione del messaggio genetico dal nucleo al citosol, dove si verifica la traduzione dell'RNA e tutti i macchinari biosintetici per la sintesi proteica (ribosomomi ).

Quali sono i geni Eucarioti?

Un gene è costituito da una sequenza di DNA le cui caratteristiche determinano la sua funzione, poiché l'ordine dei nucleotidi in detta sequenza è quello che condiziona la sua trascrizione e la successiva traduzione (nel caso di coloro che codificano per le proteine).

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Quando viene trascritto un gene, cioè quando le informazioni vengono copiate sotto forma di RNA, il risultato può essere un RNA non codificante (RNANC), che ha funzioni dirette nella regolazione dell'espressione genetica, nella segnaletica cellulare, ecc., Oppure può essere un RNA messenger (RNM), che verrà quindi tradotto in una sequenza di aminoacidi in un peptide.

Rappresentazione della struttura di una gen eucariotica.Org/licenze/by/4.0) via Wikimedia Commons)

Che un gene ha un prodotto funzionale sotto forma di RNA o proteina dipende da alcuni elementi o regioni presenti nella sua sequenza.

I geni, gli eucarioti o i procarioti, hanno due fili di DNA, uno noto come il "senso" e un altro "antiscenido". Gli enzimi responsabili della trascrizione di queste sequenze "leggi" solo uno dei due fili, in genere il filo "senso" o "codifica", che ha "direzione" 5'-3 ".

Ogni gene ha sequenze normative ai suoi fini:

Se le sequenze sono prima della regione di codifica (che verrà trascritta) sono conosciute come "promotori".
Se sono separati da molte kilobasi, questi possono essere "silenziatori" o "migliorati".
Quelle sequenze più vicine alla regione 3 'dei geni sono di solito terminatori, che indicano la polimerasi che devono essere arrestate e completate la trascrizione (o la replicazione, a seconda dei casi).

La regione del promotore è divisa in distale e prossimale, in base alla sua vicinanza alla regione di codifica. È all'estremità 5 'del gene ed è il sito che riconosce l'Enzima RNA polimerasi e altre proteine per iniziare la trascrizione del DNA nell'RNA.

Nella parte prossimale della regione del promotore, i fattori di trascrizione possono essere uniti, che hanno la capacità di modificare l'affinità dell'enzima alla sequenza che trascriveranno, quindi sono positivi o regolati negativamente dalla trascrizione dei geni.

Le regioni di miglioramento e silenziatore sono anche responsabili della regolazione della trascrizione genetica modificando l '"attività" delle regioni di promozione da parte della loro unione con elementi attivanti o repressori "a monte" della sequenza di codifica del gene.

Si dice che i geni eucariotici siano sempre "disattivati" o "repressi" per impostazione predefinita, quindi hanno bisogno della loro attivazione attraverso gli elementi promozionali per esprimersi (trascrivi).

Che sono responsabili della trascrizione?

Qualunque sia il corpo, la trascrizione viene effettuata da un gruppo di enzimi chiamati RNA di polimerasi, che simili agli enzimi responsabili della replicazione del DNA quando una cellula deve essere divisa, una catena di RNA è specializzata nella sintesi di una catena di RNA Da uno dei fili del DNA del gene che viene trascritto.

Gli RNA di polimerasi sono grandi complessi enzimatici composti da molte subunità. Esistono diversi tipi:

RNA polimerasi I (Pol I): che trascrivono i geni che codificano la subunità ribosomiale "grande".
RNA polimerasi II (Pol II): che trascrivono i geni che codificano le proteine e producono micro ARN.
RNA polimerasi III (Pol III): che produce l'RNA di trasferimento utilizzato durante la traduzione e anche l'RNA corrispondente alla piccola subunità del ribosoma.
RNA polimerasi IV e V (Pol IV e POL V): sono tipici delle piante e sono responsabili della trascrizione di rNA di interferenza piccola.

Qual è il processo?

Trascrizione dei geni eucariotici (fonte: Erinp.5000/CC BY-SA (https: // creativeCommons.Org/licenze/by-sa/4.0) via Wikimedia Commons)

La trascrizione genetica è un processo che può essere studiato come diviso in tre fasi: iniziazione, allungamento e terminazione.

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Iniziazione

Durante l'iniziazione, la regione del promotore che promuove il gene funziona come luogo di riconoscimento per l'RNA polimerasi. È qui che è controllata la maggior parte dell'espressione genetica

L'RNA polimerasi (abbiamo messo come esempio per l'RNA polimerasi II) si unisce alla sequenza della regione del promotore, che consiste in una sezione da 6 a 10 coppie di basi all'estremità 5 'del gene, di solito circa 35 coppie di basi dal Sito di partenza della trascrizione.

L'unione dell'RNA polimerasi porta all'apertura della doppia elica del DNA, separando i fili complementari. La sintesi dell'RNA inizia nel sito noto come "sito di iniziazione" e si verifica nell'indirizzo 5'-3 ', cioè "a valle" o da sinistra a destra (per convenzione).

L'inizio della trascrizione mediata dagli RNA di polimerasi dipende dalla presenza concomitante di fattori di trascrizione proteica noti come fattori di trascrizione generale, che contribuiscono alla "posizione" dell'enzima nella regione del promotore.

Dopo che l'enzima ha iniziato a polimerizzare, questo è "distaccato" sia dalla sequenza del promotore che dai fattori di trascrizione generali.

Allungamento

Durante l'allungamento la polimerasi pnal scivola attraverso la catena che funge da stampo

Si verifica quando l'RNA polimerasi è "si muove" lungo la sequenza del DNA e aggiunge all'RNA in crescita i ribonucleotidi complementari con il filamento di DNA che funge da "muffa". Mentre l'RNA della polimerasi "passa" attraverso il filamento del DNA, ri -join con il suo filo antiscentrico.

La polimerizzazione effettuata dall'RNA polimerasi è costituita da attacchi nucleofili di ossigeno nella posizione 3 'della catena di RNA crescente al fosfato "alfa" del prossimo precursore nucleotide che verrà aggiunto, con la conseguente formazione di legami di fosfoditer molecola di pirofosfato (PPI).

L'insieme composto dal filamento di DNA, dall'RNA polimerasi e dal filo dell'RNA nascente è noto come bolla o complesso di trascrizione.

Terminazione

Quando l'RNA polimerasi raggiunge la regione terminale del gene, il messaggero di trascrizione è completo. Quindi l'RNA della polirasi, la catena del DNA e l'RNA di trascrizione del messaggero sono dissociati

La terminazione avviene quando la polimerasi raggiunge la sequenza di terminazione, che si trova logicamente "a valle" del sito di iniziazione di trascrizione. Quando ciò si verifica, sia l'enzima che l'RNA sintetizzato sono "disattivati" dalla sequenza del DNA che viene trascritta.

La regione di terminazione normalmente consiste in una sequenza di DNA che è in grado di "piegare" su se stessa, formando una struttura "Loop Fork Loop" (inglese Piano per capelli).

Dopo la risoluzione, il filamento di RNA sintetizzato è noto come trascritto primario, che viene rilasciato dal complesso di trascrizione, dopo di che può o meno può essere perseguito post -trascrizionalmente (prima della sua traduzione proteica, se necessario) attraverso un processo chiamato " Corte ed Empalme ".

Trascrizione in procariotas (processo)

Poiché le cellule procariotiche non hanno un nucleo avvolto da una membrana, la trascrizione si verifica in citosol, nella regione "nucleare" in particolare, in cui il DNA cromosomico è concentrato (i batteri hanno un cromosoma circolare).

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In questo modo, l'aumento della concentrazione citosolica di una data proteina è sostanzialmente più veloce nei procarioti che negli eucarioti, poiché i processi di trascrizione e traduzione si verificano nello stesso compartimento.

Come sono i procarioti?

Le agenzie procariotiche hanno geni molto simili agli eucarioti: il primo usa anche le regioni promozionali e regolatorie per la trascrizione, sebbene un'importante differenza abbia a che fare con il fatto che la regione promozionale è spesso sufficiente per raggiungere una "forte" espressione dei geni.

In questo senso, è importante menzionare che, in generale, i procarioti sono sempre "bruciati" per impostazione predefinita.

La regione del promotore è associata a un'altra regione, di solito "a monte", che è regolata da molecole repressive ed è noto come "regione operativa".

Rappresentazione della struttura di una gen -procariotica.Org/licenze/by/4.0) via Wikimedia Commons)

Una differenza nella trascrizione tra procarioti ed eucarioti è che normalmente i messaggeri eucariotici sono monocistronici, cioè ognuno contiene le informazioni per sintetizzare una singola proteina, mentre nei procarioti possono essere monocistronici, dove solo un RNM può contenere informazioni per Due o più proteine.

Pertanto, è noto che i geni procariotici che codificano per la proteina con funzioni metaboliche simili, ad esempio, si trovano in gruppi noti come operoni, che sono simultaneamente trascritti in una forma di una singola molecola di RNA messenger.

I geni procariotici sono densamente confezionati, senza molte regioni non codificanti tra di loro, quindi una volta trascritti nelle molecole di RNA Messengers lineari, possono essere tradotti immediatamente in proteina (gli ARNM eucariotici spesso necessitano di una successiva elaborazione).

Cos'è l'RNA di polimerasi procariotica?

Gli organismi procariotici come i batteri, ad esempio, usano lo stesso enzima di RNA polimerasi per trascrivere tutti i loro geni, cioè quelli che codificano per le subunità ribosomiali e coloro che codificano per diverse proteine cellulari.

Nei batteri E. coli L'RNA polimerasi è composta da 5 subunità polipeptidiche, due delle quali sono identiche. Le subunità α, α, β, β 'comprendono la porzione centrale dell'enzima e sono assemblate e de -slabs durante ciascun evento di trascrizione.

Le subunità α sono quelle che consentono l'unione tra DNA ed enzima; La subunità β si lega al trifosfato ribonucleotidi che verrà polimerizzato secondo lo stampo del DNA nella molecola di mRNA in aumento e la subunità β si lega a detto filamento di muffa.

La quinta subunità, nota come σ partecipa all'inizio della trascrizione ed è quello che dà specificità alla polimerasi.