Basi molecolari: Lezione 7 - Liceo Norberto Rosa
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LA BIOLOGIA MOLECOLARE<br />
DEL GENE<br />
TRASCRIZIONE<br />
E TRADUZIONE
DUPLICAZIONE, TRASCRIZIONE E TRADUZIONE<br />
Il processo di DUPLICAZIONE porta alla<br />
formazione di copie delle molecole di<br />
DNA ed al trasferimento del materiale<br />
genetico.<br />
- Il processo di TRASCRIZIONE è il<br />
trasferimento dell'informazione dal DNA<br />
alle molecole di RNA.<br />
- La TRADUZIONE è il processo<br />
mediante il quale dall'RNA si passa alla<br />
sintesi delle proteine
Il trasferimento delle informazioni genetiche dal DNA<br />
all’RNA e alle proteine<br />
• Il genotipo presente a livello di DNA si esprime nelle<br />
proteine, che determinano il fenotipo<br />
• Il genotipo di un organismo è l’informazione<br />
ereditaria contenuta nel suo DNA (nella sequenza<br />
delle sue basi).<br />
• Le proteine sono sintetizzate sulla base di<br />
informazioni contenute in sequenze di DNA dette<br />
geni.<br />
• Un particolare gene, una sequenza lineare di<br />
molti nucleotidi, codifica un polipeptide (fornisce<br />
cioè le istruzioni per la sintesi proteica).
IL DOGMA CENTRALE DELLA BIOLOGIA MOLECOLARE.<br />
•Le informazioni genetiche sono prima trasferite dal<br />
DNA a una molecola di RNA (trascrizione) e poi<br />
dall’RNA a una proteina (traduzione).<br />
DNA<br />
RNA<br />
Proteina<br />
Trascrizione<br />
Traduzione
Trascrizione e traduzione<br />
Filamento di DNA<br />
Trascrizione<br />
RNA<br />
Traduzione<br />
Polipeptide<br />
A A A C C G G C A A A A<br />
U U U G G C C G U U U U<br />
Codone<br />
Amminoacido<br />
Molecola di DNA<br />
Gene 3<br />
Gene 1<br />
Gene 2
TRASCRIZIONE:<br />
Le molecole di RNA<br />
vengono sintetizzate da degli<br />
enzimi detti RNA polimerasi che<br />
generano una copia RNA da una<br />
sequenza di DNA.<br />
Processo nel quale l’RNA (acido<br />
ribonucleico) è sintetizzato a partire<br />
dal DNA stampo<br />
G<br />
RNA-polimerasi<br />
T C A T C C A A T<br />
C A U C C A A<br />
T<br />
A<br />
G<br />
G<br />
Direzione<br />
della trascrizione<br />
RNA appena sintetizzato<br />
T<br />
T<br />
U<br />
A<br />
Nucleotidi dell’RNA<br />
T G G<br />
A<br />
C<br />
C<br />
U<br />
Filamento<br />
stampo di DNA
La sintesi dell’RNA avviene in direzione<br />
5’ 3’ ad opera di enzimi detti RNA<br />
polimerasi, che generano una copia<br />
ad RNA del DNA stampo
RNA informazionali che<br />
vengono tradotti in<br />
polipeptidi (mRNA)<br />
- RNA funzionali, non<br />
vengono tradotti in<br />
polipeptidi ma svolgono la<br />
loro funzione come RNA<br />
(tRNA, rRna)<br />
DIVERSI TIPI DI RNA
La trascrizione è un processo asimmetrico
I due filamenti di DNA si separano, nel<br />
punto in cui ha inizio la trascrizione, e uno<br />
dei due funziona da stampo<br />
occorre notare che nell’RNA al posto della<br />
T viene incorporata la base U (uracile).<br />
L’RNA polimerasi non inizia in maniera<br />
casuale la trascrizione, ma ha bisogno di<br />
particolari regioni.<br />
Ls sequenza che sta a monte dell’inizio<br />
della<br />
trascrizione si chiama promotore ed ha<br />
una<br />
importanza fondamentale per l’inizio della<br />
trascrizione<br />
Allo stesso modo la trascrizione termina in<br />
prossimità di particolari segnali di stop.
• Trascrizione di un gene:<br />
DNA<br />
della sequenza<br />
promotore<br />
1 Inizio<br />
RNA-polimerasi<br />
DNA del gene<br />
2 Allungamento<br />
3 Terminazione<br />
RNA completato<br />
RNA<br />
in crescita<br />
DNA della<br />
sequenza<br />
di terminazione<br />
RNA-polimerasi
Trascrizione di procarioti ed eucarioti
•L’RNA EUCARIOTICO (TRASCRITTO PRIMARIO)<br />
VIENE MODIFICATO PRIMA DI LASCIARE IL NUCLEO<br />
– Questo processo è chiamato splicing.<br />
1. Un particolare sito provoca il taglio dell’mRNA nascente e innesca<br />
una reazione di poli-adenilazione<br />
2. Aggiunta di un cappuccio in 5’ di 7-metil-guanilato che è<br />
importante nella traduzione e protegge dalla degradazione l’RNA<br />
3. Vengono eliminati gli introni (sequenze non codificanti)
•Gli introni vengono rimossi e alle estremità dei<br />
segmenti sono aggiunti un cappuccio e una coda.<br />
DNA<br />
Esone Introne Esone Introne Esone<br />
Cappuccio<br />
RNA<br />
trascritto<br />
con cappuccio e coda<br />
mRNA<br />
Trascrizione<br />
Aggiunta del cappuccio e della coda<br />
Gli introni<br />
vengono rimossi<br />
Coda<br />
Gli esoni si legano tra loro<br />
Sequenza codificante Nucleo<br />
Citoplasma
LA TRADUZIONE<br />
Consideriamo la sequenza lineare di DNA: 5’-<br />
ATGATCAGAATCG……3’<br />
Quante basi servono per poter definire 20 aminoacidi:<br />
• 1 base (A, T, G, A, T, C,…….) : solo 4 aminoacidi<br />
• 2 basi (AT, GA, TC, AG,……): 42 combinazioni = 16 aminoacidi,<br />
non basta!<br />
• 3 basi (ATG, ATC, AGA,…...): 43 combinazioni = 64 aminoacidi,<br />
anche troppi,ma è proprio così.<br />
Il codice genetico:<br />
fu decifrato negli anni '60.<br />
Tutti gli organismi hanno essenzialmente lo stesso codice viene<br />
perciò definito universale.<br />
Il codice genetico è letto interpretando tre basi alla volta, senza<br />
sovrapposizioni:ogni gruppo di tre basi viene chiamato<br />
tripletta o più propriamente codone.
•Il codice genetico<br />
Dei 64 possibili codoni, 61 sono detti<br />
codoni senso, in quanto specificano<br />
degli aminoacidi,gli altri 3 (Ter) sono<br />
di terminazione della sintesi proteica.<br />
Il codone ATG codifica la metionina<br />
maindica anche l'inizio della regione<br />
codificante della proteina.<br />
Ci sono 61 codoni per 20 aminoacidi;<br />
questo comporta che la maggior<br />
parte degli aminoacidi<br />
è rappresentata da più di un<br />
codone:<br />
il codice genetico è degenere<br />
Metionina e triptofano dispongono<br />
ciascuno di un solo codone, ed<br />
infatti rappresentano<br />
gli aminoacidi meno abbondanti<br />
nelle proteine.<br />
Prima base azotata<br />
U<br />
C<br />
A<br />
G<br />
UUU<br />
UUC<br />
UUA<br />
UUG<br />
CUU<br />
CUC<br />
CUA<br />
CUG<br />
AUU<br />
AUC<br />
AUA<br />
AUG<br />
GUU<br />
GUC<br />
GUA<br />
GUG<br />
Seconda base azotata<br />
U C A G<br />
Phe<br />
Leu<br />
Leu<br />
Ile<br />
Met o<br />
inizio<br />
UCU<br />
UCC<br />
UCA<br />
UCG<br />
CCU<br />
CCC<br />
CCA<br />
CCG<br />
ACU<br />
ACC<br />
ACA<br />
ACC<br />
Ser<br />
Pro<br />
Thr<br />
Val<br />
GCU<br />
GCC<br />
GCA<br />
Ala<br />
GCG<br />
UAU<br />
UAC<br />
UAA Stop<br />
UAG Stop<br />
CAU<br />
CAC<br />
CAA<br />
CAG<br />
AAU<br />
AAC<br />
AAA<br />
AAG<br />
GAU<br />
GAC<br />
GAA<br />
GAG<br />
Tyr<br />
His<br />
Gln<br />
Asn<br />
Lys<br />
Asp<br />
Glu<br />
UGU<br />
UGC<br />
UGA Stop<br />
UGG Trp<br />
CGU<br />
CGC<br />
CGA<br />
CGG<br />
AGU<br />
AGC<br />
AGA<br />
AGG<br />
GGU<br />
GGC<br />
GGA<br />
GGG<br />
Cys<br />
Arg<br />
Ser<br />
Arg<br />
Gly<br />
U<br />
C<br />
A<br />
G<br />
U<br />
C<br />
A<br />
G<br />
U<br />
C<br />
A<br />
G<br />
U<br />
C<br />
A<br />
G<br />
Terza base azotata
La traduzione dell’mRNA<br />
– La traduzione dell’mRNA in proteine<br />
avviene nel citoplasma in corrispondenza<br />
dei ribosomi.<br />
– I ribosomi ( rRNA e proteine)sono gli organuli<br />
che coordinano le operazioni necessarie<br />
per passare dalle sequenze nucleotidiche<br />
alle catene polipeptidiche.
• Un ribosoma è costituito da due<br />
subunità, ciascuna formata da proteine<br />
e da grandi quantità di un tipo di RNA<br />
chiamato RNA ribosomiale (rRNA).<br />
Molecole<br />
di tRNA<br />
Polipeptide<br />
in via di formazione<br />
Subunità<br />
grande<br />
mRNA Subunità piccola
•Per la traduzione del messaggio genetico<br />
dell’mRNA nel messaggio proteico, la cellula<br />
utilizza un interprete molecolare, un<br />
particolare tipo di RNA, chiamato RNA di<br />
trasporto (tRNA). Sito d’attacco dell’aminoacido<br />
Legame idrogeno<br />
Catena polinucleotidica di RNA<br />
Anticodone
– Ogni molecola di tRNA ha un’ansa a filamento<br />
singolo, posta a un’estremità, che contiene una<br />
speciale tripletta di basi azotate chiamata<br />
anticodone (complementare a un particolare<br />
codone dell’mRNA).<br />
– All’altra estremità c’è invece il sito di attacco di<br />
uno specifico amminoacido.<br />
Anticodone<br />
Sito d’attacco<br />
dell’amminoacido
•Durante la traduzione, le subunità di un<br />
ribosoma tengono unite tra di loro le molecole<br />
di tRNA e di mRNA.<br />
Subunità<br />
piccola<br />
Subunità<br />
grande<br />
Sito di legame per l’mRNA<br />
Polipeptide<br />
in via di<br />
formazione<br />
mRNA<br />
Codoni<br />
Successivo<br />
amminoacido<br />
da<br />
aggiungere al<br />
polipeptide<br />
tRNA
• Un codone d’inizio indica il punto di partenza del<br />
messaggio portato dall’mRNA<br />
Inizio del messaggio genetico<br />
Fine
•Nel processo d’inizio della traduzione,<br />
vengono coinvolti l’mRNA, il primo<br />
amminoacido attaccato al suo tRNA e le due<br />
subunità ribosomiali.<br />
tRNA di partenza<br />
Met Met<br />
Sito P<br />
U<br />
A C<br />
U<br />
A C<br />
A U G A U G<br />
Codone<br />
d’inizio<br />
1<br />
mRNA<br />
Subunità ribosomiale<br />
più piccola<br />
2<br />
Subunità<br />
ribosomiale<br />
più grande<br />
Sito A
•Nella fase di allungamento si aggiungono<br />
amminoacidi alla catena polipeptidica fino a<br />
quando il codone di arresto termina la<br />
traduzione<br />
–Completata la fase d’inizio, al primo<br />
amminoacido se ne aggiungono altri, uno alla<br />
volta, durante il processo di allungamento.<br />
–Il processo di allungamento prevede tre tappe:<br />
• riconoscimento del codone;<br />
• formazione del legame peptidico;<br />
• traslocazione.
Il processo di allungamento:<br />
Movimento<br />
dell’mRNA<br />
Polipeptide<br />
Sito P<br />
mRNA Codoni<br />
3<br />
Codone<br />
di arresto<br />
Traslocazione<br />
3 Traslocazione<br />
Sito A<br />
11<br />
Amminoacido<br />
Anticodone<br />
Riconoscimento del codone<br />
2 2<br />
Formazione<br />
del legame peptidico<br />
Nuovo<br />
legame peptidico
– L’mRNA sposta un codone<br />
alla volta e il tRNA si<br />
appaia ad ogni codone<br />
con il suo anticodone<br />
complementare,<br />
aggiungendo il suo<br />
amminoacido alla catena<br />
peptidica.<br />
– L’allungamento continua<br />
fino a quando un codone<br />
d’arresto (UAA, UAG,<br />
UGA) giunge nel sito A del<br />
ribosoma, terminando la<br />
traduzione.
• Le diverse tappe dalla trascrizione alla<br />
formazione di un polipeptide:<br />
1<br />
3<br />
5<br />
2<br />
4
•Le mutazioni possono cambiare il significato<br />
dei geni<br />
– Qualsiasi variazione nella sequenza nucleotidica del<br />
DNA rispetto alla sua conformazione originale è<br />
detta mutazione.<br />
– Le mutazioni sono causate da errori nella<br />
duplicazione del DNA, da ricombinazione o da<br />
agenti mutageni.<br />
DNA di emoglobina normale<br />
C T T C A T<br />
mRNA mRNA<br />
Emoglobina normale<br />
DNA di emoglobina mutante<br />
G A A G U A<br />
Emoglobina dell’anemia falciforme<br />
Glu Val
•La sostituzione, l’inserzione o la delezione di<br />
nucleotidi alterano un gene con varie conseguenze<br />
sull’organismo.<br />
Gene normale<br />
mRNA<br />
Proteina<br />
A U G A A G U U U G G C G C A<br />
Sostituzione di una base azotata<br />
Delezione di una base azotata<br />
Met Lys Phe Gly Ala<br />
A U G A A G U U U A G C G C A<br />
Met Lys Phe Ser Ala<br />
Mancante<br />
A U G A A G U U G G C G C A U<br />
Met Lys Leu Ala His<br />
U
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