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La regolazione genica negli eucarioti (3)

Hi guys! Sono sempre io…il DNA e oggi vorrei parlarvi della regolazione della trascrizione genica negli eucarioti attraverso l’utilizzo di specifiche proteine di legame.

La trascrizione negli eucarioti inizia con l’attacco dell’RNA polimerasi in corrispondenza di un promotore di un determinato gene presente sulla molecola di DNA. Il promotore è composto da almeno tre regioni differenti: la TATA box, il sito di inizio della trascrizione e il sito degli elementi regolatori.

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La TATA box è costituita da una particolare sequenza nucleotidica che localizza il punto esatto in cui la trascrizione può avere luogo.

Il sito di inizio della trascrizione, che è distante dalla TATA box circa 25 paia di basi azotate, è il punto in cui l’RNA polimerasi si aggancia per dare inizio al processo trascrizionale; insieme alla TATA box costituisce un complesso chiamato promotore basale. Nelle cellule eucariote, la trascrizione è controllata dai fattori di trascrizione generali ( GTF). Questi si agganciano al promotore basale e sono cinque. Si forma il complesso di pre-inizio ed è indispensabile per iniziare la trascrizione del DNA in RNA.

Il sito degli elementi regolatori dista dal sito di inizio della trascrizione circa 50-100 basi azotate. Gli elementi regolatori sono sequenze nucleotidiche del DNA chiamate enhancer, nel caso in cui favoriscano la trascrizione, o silencer, nel caso in cui la inibiscano. A loro volta, gli elementi regolatori sono posti sotto il controllo di due tipi di proteine ossia gli attivatori o i repressori.

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Affinché la trascrizione abbia inizio, è necessario che un attivatore si leghi a un enhancer. Quando gli enhancer o i silencer si trovano distanti rispetto alla sequenza del promotore, occorre un mediatore che possa mettere in comunicazione i geni di regolazione e lo stesso promotore.

 

La regolazione genica negli eucarioti (2)

Hi guys! È sempre il DNA che vi parla. Oggi vorrei affrontare con voi il concetto di cromatina legato alla regolazione genica negli eucarioti.

Numerose ricerche hanno messo in risalto che il grado di condensazione della cromatina delle cellule eucarioti è strettamente legato al tasso di espressione genica. In particolare si possono distinguere due tipi di cromatina: l’eucromatina, più dispersa e in grado di colorarsi in maniera molto debole, e l’eterocromatina, più condensata e in grado di colorarsi in maniera molto più intensa.

Durante il periodo della divisione cellulare tutta la cromatina si presenta secondo una conformazione chiusa, quindi più densa e compatta. Questo inibisce l’attività trascrizionale.

Invece, durante l’interfase, diverse regioni del DNA sono ricche di eucromatina, che consente il processo trascrizionale, e l’eterocromatina rimane confinata solo in quelle regioni dei cromosomi in cui non sono presenti geni codificanti per proteine. Tra queste regioni troviamo i telomeri e i centromeri.

Alcune regioni di eterocromatina sono le stesse per tutte le cellule e non vengono mai espresse e sarebbero la sede della maggior parte delle sequenze che si ripetono del DNA, ossia dei segmenti di acido nucleico presenti in migliaia di copie, identiche tra loro.

La trascrizione avviene in maniera molto limitata anche in corrispondenza dei corpi di Barr, cromosomi X molto spiralizzati e disattivati in maniera irreversibile. Nelle cellule dei mammiferi di sesso maschile è presente un solo cromosoma X e quindi i suoi geni sono presenti in copia unica. Nelle femmine invece i cromosomi X sono due ; i cromosomi sessuali della cellula femminile, in teoria, potrebbero produrre il doppio delle proteine di una cellula maschile. La genetista inglese Mary Lyon suggerì che uno dei cromosomi X della femmina venga inattivato in fase embrionale e non sia più in grado di esprimersi dato che diventa inaccessibile agli enzimi che permettono l’inizio del processo trascrizionale.

Ma come è possibile che un segmento di DNA si despiralizzi per permettere la trascrizione? Ciò avviene grazie a degli attivatori come l’istone-acetiltransferasi, una proteina in grado di attaccare gruppi acetili alle code terminali N delle proteine istoniche. Quando vengono acetilati, gli istoni si possono disporre diversamente e allentano il loro legame con il DNA. La cromatina diventa meno compatta e l’RNA polimerasi è in grado di agganciarsi.

Nel prossimo articolo affronteremo la regolazione della trascrizione negli eucarioti attraverso specifiche proteine di legame.

 

La sintesi proteica

Salve a tutti! È il DNA che vi parla…purtroppo dopo tanto tempo. Ovviamente cercherò di recuperare il tempo perduto. Oggi vorrei affrontare il tema della sintesi proteica negli eucarioti.

Prima di tutto, bisogna dire che il luogo fisico dove avviene il processo di sintesi proteica è quello dei ribosomi. Questi sono costituiti da una subunità maggiore, che presenta tre siti di legame per gli RNA di trasporto, e una subunità minore, sito di legame per l’RNA messaggero. Inoltre, i ribosomi sono composti per un terzo da proteine e per due terzi da RNA ribosomale.

In secondo luogo, è necessario mettere in risalto che per sintesi proteica si intende una traduzione, dato che il linguaggio espresso attraverso l’utilizzo di acidi nucleici viene sostituito da un altro espresso mediante amminoacidi. Il processo possiede tre differenti fasi: inizio, allungamento e terminazione.
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La prima fase inizia nel momento in cui il filamento di mRNA si aggancia alla subunità minore del ribosoma, in corrispondenza dell’estremità 5’, mettendo in risalto il primo codone. Successivamente, si unisce un RNA di trasporto (tRNA), paragonato a un dizionario bilingue per la funzione di traduzione del linguaggio dagli acidi nucleici a quello delle proteine, che presenta, in corrispondenza si una delle sue estremità, un codone complementare a quello messo in evidenza dall’mRNA. Questo tRNA porta con sé una forma modificata dell’amminoacido metionina, che verrà poi rimossa alla fine della sintesi proteica. La combinazione tra subunità minore, tRNA, mRNA è conosciuta come complesso di inizio. Dopo la formazione di questo, la subunità maggiore del ribosoma, che presenta tre siti di legame (A, P, E), si attacca. Nella fase di inizio, il primo tRNA va ad occupare il sito P.

Nella fase di allungamento, un nuovo tRNA che corrisponde ad un determinato anticodone giunge presso il sito A. Tra gli amminoacidi presenti in corrispondenza di un’estremità dei due tRNA si crea un legame peptidico. L’mRNA scorre in direzione 5’-3’, lascia libero il sito A per un nuovo tRNA, il primo tRNA si sposta nel sito E e il secondo passa al sito P. Successivamente, un nuovo tRNA si inserisce nel sito A.

Infine, nella fase di terminazione, in corrispondenza del sito A, si inserisce un fattore di rilascio che consente di far liberare il polipetide formato, l’ultimo tRNA che precede il codone di arresto e permette la dissociazione delle subunità del ribosoma.

Il codice genetico

Salve a tutti! Sono sempre io, il DNA, e ora vorrei parlarvi di un altro interessante argomento: il codice genetico.

Prima di tutto, è necessario mettere in risalto che gli amminoacidi presenti in natura sono in totale 20. In più il DNA e l’RNA contengono ciascuno quattro differenti nucleotidi, quindi questi devono costituire un codice genetico per tutti gli amminoacidi.

Per codice si intende un sistema di segnali o simboli ai quali è attribuito un significato preciso al fine di trasmette un messaggio. Nel caso del codice genetico, il messaggio trasportato dalla molecola di DNA deve essere decodificato per sintetizzare una proteina in particolare.

Se ogni nucleotide codificasse solo per un amminoacido, alle quattro basi azotate potrebbero corrispondere solo quattro amminoacidi. Se invece ogni amminoacido fosse codificato da due nucleotidi, le combinazioni possibili sarebbero solo 16. Da ciò si arriva alla conclusione secondo la quale ogni amminoacido debba essere determinato da una tripletta nucleotidica (64 combinazioni possibili). Le triplette sono chiamate “codoni“. Gli scienziati che eseguirono esperimenti fondamentali per la decifrazione del codice genetico furono il biochimico statunitense Marshall Niremberg e il suo collega tedesco Heinrich Matthei.

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Uno degli esperimenti condotti dai due scienziati consisteva nel prendere estratti cellulari di E.coli ai quali erano aggiunti amminoacidi marcati radioattivamente e campioni di RNA prelevati da differenti organismi. Nieremberg e Matthei inserirono, all’interno di 20 provette, tutti gli amminoacidi, estratti cellulari di E.coli in cui erano presenti i ribosomi, l’ATP e gli enzimi necessari. In ogni provetta, solo un amminoacido era marcato radioattivamente e in seguito venne aggiunto un RNA artificiale costituito dalla base azotata uracile e quindi definito “poli-U“. In 19 provette non si produsse alcun polipeptide radioattivo, mentre nella ventesima, nella quale era stata aggiunta fenilalanina radioattiva, gli scienziati osservarono la formazione di catene polipetidiche radioattive. Queste erano costituite da un solo amminoacido, la fenilalanina. L’esperimento decifrò la prima tripletta del codice genetico (UUU= fenilalanina) e suggerì una modalità per decifrare gli altri codoni.

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Delle 64 combinazioni di triplette, 61 sono codificanti per un amminoacido e 3 sono definite come sequenze di arresto e quindi non codificanti. Essendoci 61 combinazioni codificanti per 20 amminoacidi , molti devono avere più di un codone. Le triplette alle quali corrisponde uno stesso amminoacido, conosciute come triplette sinonimo, spesso presentano l’ultimo nucleotide differente e per questo il codice è detto degenerato.

Il codice genetico è identico in tutti gli organismi!

 

 

La maturazione dell’mRNA

Salve a tutti e buon inizio di settimana! Sono il DNA e oggi vorrei affrontare l’argomento riguardante la maturazione dell’mRNA.

Prima di tutto è necessario chiarire che, prima della fine della trascrizione, al filamento di mRNA viene aggiunto un “cappuccio” presso l’estremità 5′ attraverso un processo definito con il nome di capping. Questo cappuccio è generato partendo da una modificazione della base azotata guanina ed è necessario al fine di far uscire l’mRNA dal nucleo della cellula eucariote e di farlo agganciare al ribosoma corrispondente.

Prima di raggiungere il citosol, il pre-mRNA subisce l’azione di altri due processi. Primo fra tutti la trasformazione in un RNA maturo. Successivamente, in corrispondenza dell’estremità 3′, è aggiunta una sequenza nucleotidica. Questa catena è costituita da circa 200 nucleotidi che contengono la base azotata adenina ed è chiamata “coda poli-A“. Essa ha lo scopo di conferire maggiore stabilità alla molecola e le permette di resistere per un periodo piuttosto lungo all’interno del citosol.

Un altro importante processo che avviene prima dell’uscita del pre-mRNA dal nucleo della cellula è lo splicing. Questo meccanismo consiste nel taglio degli introni e nella ricongiunzione degli esoni; gli introni sono eliminati, mentre gli esoni sono saldati insieme in sequenza al fine di costituire un’unica molecola. Il complesso che ha il compito di eliminare gli introni è conosciuto come “spliceosoma” ed è formato da piccole riboproteine nucleari (snRNP).

In molti casi, nelle cellule eucariote, i trascritti di pre-mRNA identici sono rielaborati in modi differenti: da un solo gene, attraverso il processo dello splicing alternativo, si formano differenti mRNA maturi. In questa maniera la complessità dei proteomi eucarioti aumenta.

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Sintesi dell’RNA messaggero

Salve a tutti, sono il DNA e in questo articolo vorrei affrontare l’argomento riguardante il processo di sintesi dell’RNA messaggero.

Prima di tutto, ogni molecola di RNA possiede una doppia estremità, come il filamento di DNA. Inoltre, la molecola di mRNA (RNA messaggero) viene assemblata partendo da uno dei due filamenti di DNA, rispettando la legge di complementarietà che regola la duplicazione.

Il processo di sintesi di questa molecola è definito come trascrizione dato che ha come obiettivo trascrivere il messaggio trasportato dal segmento di DNA in una molecola di RNA complementare. Il prodotto della trascrizione è conosciuto anche come “trascritto”.

Affinché avvenga il processo di trascrizione, è necessaria la presenza dell’enzima RNA polimerasi che si deve agganciare al promotore, una sequenza nucleotidica del DNA. Successivamente il doppio filamento di DNA inizia a separarsi quando l’enzima comincia a scorrere lungo la molecola. I nucleotidi vengono assemblati in direzione da 5’ a 3’, fino al momento in cui l’RNA polimerasi raggiunge le sequenze di arresto, sequenze che permettono la conclusione del processo trascrizionale.

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Il processo che porta alla sintesi della molecola di mRNA può essere suddiviso in tre fasi: la fase di inizio, in cui l’RNA polimerasi riconosce la sequenza del promotore e inizia la trascrizione, la fase dell’allungamento, in cui continua la trascrizione fino alla completa formazione del filamento di RNA, partendo dal filamento stampo del DNA , e la fase di terminazione, in cui, incontrando le sequenze di arresto, l’azione dell’RNA polimerasi viene inibita e si conclude il processo di trascrizione.

RNA

Salve a tutti! Sono il DNA e, ancora per una volta, mi scuso per la mia assenza. Oggi vorrei presentare un mio fedele amico: l’RNA.

L’acido ribonucleico è una sostanza chimicamente simile a me, il DNA, ma presenta tre differenze in particolare.

Prima fra tutte è la presenza di uno zucchero nel nucleotide: il ribosio. Inoltre, al posto della timina, possiede una pirimidina molto simile, ossia l’uracile. Come la timina, questa di appaia solo con l’adenina. Infine l’RNA è formato da un solo filamento. 

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L’RNA ha un ruolo fondamentale nella traduzione dell’informazione genetica trasportata dal DNA, infatti traduce le sue sequenze dei segmenti nelle sequenze di amminoacidi che determinano le strutture delle proteine.

Il nucleosoma

Salve a tutti! Sono il DNA e, prima di affrontare un nuovo argomento, vorrei scusarmi per la mia assenza. Ora però vorrei farmi perdonare parlando del nucleosoma.

Le proteine più abbondanti nella cromatina sono chiamate istoni. Questi possiedono una carica positiva e quindi sono attratti da me stesso che possiedo una carica negativa. Gli istoni sono la causa principale del mio ripiegamento e dell’avvolgimento e ne esistono in tutto cinque: l’istone H1, H2A, H2B, H3, H4.
L’unità fondamentale in cui la cromatina viene compattata è chiamata nucleosoma. Questo è costituito da una parte centrale, a sua volta composto da otto molecole di istoni, attorno al quale si avvolge per due volte il mio filamento. L’istone H1 è invece posto esternamente rispetto alla parte centrale del nucleosoma.

I nucleosomi si compattano sempre di più fino ad arrivare alla creazione di un dominio ad anse. Queste, spiralizzandosi ulteriormente, danno origine ai cromosmi visibili durante i processi di mitosi e meiosi.

Infine, esistono altre proteine che sono impegnate nella sintesi di me stesso e dell’RNA. Queste proteine, però, variano da cellula a cellula, a differenza delle proteine istoniche.

La duplicazione del DNA

Salve a tutti! Sono il DNA e oggi vorrei affrontare con voi l’argomento riguardante la mia duplicazione.

Il meccanismo della duplicazione, in questo caso semi- conservativa, ha lo scopo di originare due filamenti identici al filamento stampo (matrice) di partenza.

La mia duplicazione è detta semi-conservativa proprio perché uno dei due filamenti che compone quello finale è appartenente a quello matrice.

La duplicazione inizia attraverso la formazione di forcelle di duplicazione, o replicazione, in più punti del doppio filamento di me stesso. Le forcelle si formano a causa della rottura dei legami ad idrogeno tra le basi azotate per azione della DNA elicasi; successivamente, per evitare che i legami si possano riformare, si collocano presso i filamenti stampo delle proteine, gli SSB (single-strand-binding). Il processo di creazione di un filamento complementare a quello stampo inizia con l’arrivo di un altro enzima, la DNA polimerasi che ha il compito di aggiungere le basi azotate complementari. Questo enzima abbina le basi solamente in una direzione: dall’estremità 5′ a quella 3′ del filamento. La DNA polimerasi inizia la sua azione dopo essersi agganciata ad un primer costituito da una dozzina di basi di RNA.

Si distinguono due generi di filamento a cui vengono abbinate le basi: il filamento continuo, in cui le basi vengono aggiunte dalla posizione 5′ alla 3′, e il filamento tardivo, in cui la DNA polimerasi agisce a ritroso formando dei frammenti, quelli di Okazaki.

Al termine della duplicazione, agisce un altro enzima, la ligasi che ha il compito di catalizzare la formazione dei legami fosfordiesterici tra i frammenti di Okazaki. I primer, invece, vengono sostituiti con vero DNA.

Infine, si avranno due filamenti continui e identici a quello di stampo.

L’esperimento di Avery

Salve a tutti! Sono il DNA e oggi vorrei illustrarvi l’esperimento che seguì quello condotto da Griffith per rivelare quale fosse il reale fattore di trasformazione: l’esperimento di Avery.

Nel 1944, Oswald Avery sottopose a diversi trattamenti i campioni, posti all’interno di tre provette, che contenevano il fattore di trasformazione dello pneumococco.  All’interno delle provette, inoltre, vennero aggiunti degli enzimi in grado di degradare le proteine, il DNA (me stesso) e l’RNA (proteasi, DNasi, RNasi) al fine di controllare se i campioni avessero conservato la capacità di trasformazione.

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Nel caso in cui venissero degradati le proteine e gli RNA l’attività di trasformazione non si annullava. Invece, quando io venissi distrutto, la capacità di trasformazione andava perduta.

Grazie all’esperimento condotto da Avery, oggi si sa che, durante la trasformazione, il gene preposto viene trasferito all’enzima che catalizza la sintesi della capsula dello pneumococco formata da polisaccaridi.