Basi molecolari: Lezione 7 - Liceo Norberto Rosa

LA BIOLOGIA MOLECOLARE
DEL GENE
TRASCRIZIONE
E TRADUZIONE

DUPLICAZIONE, TRASCRIZIONE E TRADUZIONE
Il processo di DUPLICAZIONE porta alla
formazione di copie delle molecole di
DNA ed al trasferimento del materiale
genetico.
- Il processo di TRASCRIZIONE è il
trasferimento dell'informazione dal DNA
alle molecole di RNA.
- La TRADUZIONE è il processo
mediante il quale dall'RNA si passa alla
sintesi delle proteine

Il trasferimento delle informazioni genetiche dal DNA
all’RNA e alle proteine
• Il genotipo presente a livello di DNA si esprime nelle
proteine, che determinano il fenotipo
• Il genotipo di un organismo è l’informazione
ereditaria contenuta nel suo DNA (nella sequenza
delle sue basi).
• Le proteine sono sintetizzate sulla base di
informazioni contenute in sequenze di DNA dette
geni.
• Un particolare gene, una sequenza lineare di
molti nucleotidi, codifica un polipeptide (fornisce
cioè le istruzioni per la sintesi proteica).

IL DOGMA CENTRALE DELLA BIOLOGIA MOLECOLARE.
•Le informazioni genetiche sono prima trasferite dal
DNA a una molecola di RNA (trascrizione) e poi
dall’RNA a una proteina (traduzione).
DNA
RNA
Proteina
Trascrizione
Traduzione

Trascrizione e traduzione
Filamento di DNA
Trascrizione
RNA
Traduzione
Polipeptide
A A A C C G G C A A A A
U U U G G C C G U U U U
Codone
Amminoacido
Molecola di DNA
Gene 3
Gene 1
Gene 2

TRASCRIZIONE:
Le molecole di RNA
vengono sintetizzate da degli
enzimi detti RNA polimerasi che
generano una copia RNA da una
sequenza di DNA.
Processo nel quale l’RNA (acido
ribonucleico) è sintetizzato a partire
dal DNA stampo
G
RNA-polimerasi
T C A T C C A A T
C A U C C A A
T
A
G
G
Direzione
della trascrizione
RNA appena sintetizzato
T
T
U
A
Nucleotidi dell’RNA
T G G
A
C
C
U
Filamento
stampo di DNA

La sintesi dell’RNA avviene in direzione
5’ 3’ ad opera di enzimi detti RNA
polimerasi, che generano una copia
ad RNA del DNA stampo

RNA informazionali che
vengono tradotti in
polipeptidi (mRNA)
- RNA funzionali, non
vengono tradotti in
polipeptidi ma svolgono la
loro funzione come RNA
(tRNA, rRna)
DIVERSI TIPI DI RNA

La trascrizione è un processo asimmetrico

I due filamenti di DNA si separano, nel
punto in cui ha inizio la trascrizione, e uno
dei due funziona da stampo
occorre notare che nell’RNA al posto della
T viene incorporata la base U (uracile).
L’RNA polimerasi non inizia in maniera
casuale la trascrizione, ma ha bisogno di
particolari regioni.
Ls sequenza che sta a monte dell’inizio
della
trascrizione si chiama promotore ed ha
una
importanza fondamentale per l’inizio della
trascrizione
Allo stesso modo la trascrizione termina in
prossimità di particolari segnali di stop.

• Trascrizione di un gene:
DNA
della sequenza
promotore
1 Inizio
RNA-polimerasi
DNA del gene
2 Allungamento
3 Terminazione
RNA completato
RNA
in crescita
DNA della
sequenza
di terminazione
RNA-polimerasi

Trascrizione di procarioti ed eucarioti

•L’RNA EUCARIOTICO (TRASCRITTO PRIMARIO)
VIENE MODIFICATO PRIMA DI LASCIARE IL NUCLEO
– Questo processo è chiamato splicing.
1. Un particolare sito provoca il taglio dell’mRNA nascente e innesca
una reazione di poli-adenilazione
2. Aggiunta di un cappuccio in 5’ di 7-metil-guanilato che è
importante nella traduzione e protegge dalla degradazione l’RNA
3. Vengono eliminati gli introni (sequenze non codificanti)

•Gli introni vengono rimossi e alle estremità dei
segmenti sono aggiunti un cappuccio e una coda.
DNA
Esone Introne Esone Introne Esone
Cappuccio
RNA
trascritto
con cappuccio e coda
mRNA
Trascrizione
Aggiunta del cappuccio e della coda
Gli introni
vengono rimossi
Coda
Gli esoni si legano tra loro
Sequenza codificante Nucleo
Citoplasma

LA TRADUZIONE
Consideriamo la sequenza lineare di DNA: 5’-
ATGATCAGAATCG……3’
Quante basi servono per poter definire 20 aminoacidi:
• 1 base (A, T, G, A, T, C,…….) : solo 4 aminoacidi
• 2 basi (AT, GA, TC, AG,……): 42 combinazioni = 16 aminoacidi,
non basta!
• 3 basi (ATG, ATC, AGA,…...): 43 combinazioni = 64 aminoacidi,
anche troppi,ma è proprio così.
Il codice genetico:
fu decifrato negli anni '60.
Tutti gli organismi hanno essenzialmente lo stesso codice viene
perciò definito universale.
Il codice genetico è letto interpretando tre basi alla volta, senza
sovrapposizioni:ogni gruppo di tre basi viene chiamato
tripletta o più propriamente codone.

•Il codice genetico
Dei 64 possibili codoni, 61 sono detti
codoni senso, in quanto specificano
degli aminoacidi,gli altri 3 (Ter) sono
di terminazione della sintesi proteica.
Il codone ATG codifica la metionina
maindica anche l'inizio della regione
codificante della proteina.
Ci sono 61 codoni per 20 aminoacidi;
questo comporta che la maggior
parte degli aminoacidi
è rappresentata da più di un
codone:
il codice genetico è degenere
Metionina e triptofano dispongono
ciascuno di un solo codone, ed
infatti rappresentano
gli aminoacidi meno abbondanti
nelle proteine.
Prima base azotata
U
C
A
G
UUU
UUC
UUA
UUG
CUU
CUC
CUA
CUG
AUU
AUC
AUA
AUG
GUU
GUC
GUA
GUG
Seconda base azotata
U C A G
Phe
Leu
Leu
Ile
Met o
inizio
UCU
UCC
UCA
UCG
CCU
CCC
CCA
CCG
ACU
ACC
ACA
ACC
Ser
Pro
Thr
Val
GCU
GCC
GCA
Ala
GCG
UAU
UAC
UAA Stop
UAG Stop
CAU
CAC
CAA
CAG
AAU
AAC
AAA
AAG
GAU
GAC
GAA
GAG
Tyr
His
Gln
Asn
Lys
Asp
Glu
UGU
UGC
UGA Stop
UGG Trp
CGU
CGC
CGA
CGG
AGU
AGC
AGA
AGG
GGU
GGC
GGA
GGG
Cys
Arg
Ser
Arg
Gly
U
C
A
G
U
C
A
G
U
C
A
G
U
C
A
G
Terza base azotata

La traduzione dell’mRNA
– La traduzione dell’mRNA in proteine
avviene nel citoplasma in corrispondenza
dei ribosomi.
– I ribosomi ( rRNA e proteine)sono gli organuli
che coordinano le operazioni necessarie
per passare dalle sequenze nucleotidiche
alle catene polipeptidiche.

• Un ribosoma è costituito da due
subunità, ciascuna formata da proteine
e da grandi quantità di un tipo di RNA
chiamato RNA ribosomiale (rRNA).
Molecole
di tRNA
Polipeptide
in via di formazione
Subunità
grande
mRNA Subunità piccola

•Per la traduzione del messaggio genetico
dell’mRNA nel messaggio proteico, la cellula
utilizza un interprete molecolare, un
particolare tipo di RNA, chiamato RNA di
trasporto (tRNA). Sito d’attacco dell’aminoacido
Legame idrogeno
Catena polinucleotidica di RNA
Anticodone

– Ogni molecola di tRNA ha un’ansa a filamento
singolo, posta a un’estremità, che contiene una
speciale tripletta di basi azotate chiamata
anticodone (complementare a un particolare
codone dell’mRNA).
– All’altra estremità c’è invece il sito di attacco di
uno specifico amminoacido.
Anticodone
Sito d’attacco
dell’amminoacido

•Durante la traduzione, le subunità di un
ribosoma tengono unite tra di loro le molecole
di tRNA e di mRNA.
Subunità
piccola
Subunità
grande
Sito di legame per l’mRNA
Polipeptide
in via di
formazione
mRNA
Codoni
Successivo
amminoacido
da
aggiungere al
polipeptide
tRNA

• Un codone d’inizio indica il punto di partenza del
messaggio portato dall’mRNA
Inizio del messaggio genetico
Fine

•Nel processo d’inizio della traduzione,
vengono coinvolti l’mRNA, il primo
amminoacido attaccato al suo tRNA e le due
subunità ribosomiali.
tRNA di partenza
Met Met
Sito P
U
A C
U
A C
A U G A U G
Codone
d’inizio
1
mRNA
Subunità ribosomiale
più piccola
2
Subunità
ribosomiale
più grande
Sito A

•Nella fase di allungamento si aggiungono
amminoacidi alla catena polipeptidica fino a
quando il codone di arresto termina la
traduzione
–Completata la fase d’inizio, al primo
amminoacido se ne aggiungono altri, uno alla
volta, durante il processo di allungamento.
–Il processo di allungamento prevede tre tappe:
• riconoscimento del codone;
• formazione del legame peptidico;
• traslocazione.

Il processo di allungamento:
Movimento
dell’mRNA
Polipeptide
Sito P
mRNA Codoni
3
Codone
di arresto
Traslocazione
3 Traslocazione
Sito A
11
Amminoacido
Anticodone
Riconoscimento del codone
2 2
Formazione
del legame peptidico
Nuovo
legame peptidico

– L’mRNA sposta un codone
alla volta e il tRNA si
appaia ad ogni codone
con il suo anticodone
complementare,
aggiungendo il suo
amminoacido alla catena
peptidica.
– L’allungamento continua
fino a quando un codone
d’arresto (UAA, UAG,
UGA) giunge nel sito A del
ribosoma, terminando la
traduzione.

• Le diverse tappe dalla trascrizione alla
formazione di un polipeptide:
1
3
5
2
4

•Le mutazioni possono cambiare il significato
dei geni
– Qualsiasi variazione nella sequenza nucleotidica del
DNA rispetto alla sua conformazione originale è
detta mutazione.
– Le mutazioni sono causate da errori nella
duplicazione del DNA, da ricombinazione o da
agenti mutageni.
DNA di emoglobina normale
C T T C A T
mRNA mRNA
Emoglobina normale
DNA di emoglobina mutante
G A A G U A
Emoglobina dell’anemia falciforme
Glu Val

•La sostituzione, l’inserzione o la delezione di
nucleotidi alterano un gene con varie conseguenze
sull’organismo.
Gene normale
mRNA
Proteina
A U G A A G U U U G G C G C A
Sostituzione di una base azotata
Delezione di una base azotata
Met Lys Phe Gly Ala
A U G A A G U U U A G C G C A
Met Lys Phe Ser Ala
Mancante
A U G A A G U U G G C G C A U
Met Lys Leu Ala His
U