6.02 – Dai geni alle proteine: il ruolo centrale dell’RNA

6.02 – Dai geni alle proteine: il ruolo centrale dell’RNA

Ultima modifica: 31/12/2024

L’RNA gioca un ruolo fondamentale nel trasferire l’informazione genetica dai geni alle proteine, seguendo un processo chiamato flusso dell’informazione genetica. Questo flusso avviene in due fasi principali: trascrizione e traduzione.

Trascrizione: dal DNA all’RNA

La trascrizione è il primo passaggio, che avviene nel nucleo delle cellule. Durante questo processo:

1. Un gene, che è un segmento specifico di DNA, viene “letto” da un enzima chiamato RNA polimerasi.
2. L’RNA polimerasi sintetizza una molecola di RNA complementare al filamento stampo del DNA. Questo RNA prende il nome di RNA messaggero (mRNA).
3. Nell’mRNA, le basi azotate seguono una regola di complementarietà simile a quella del DNA, con una differenza: l’adenina (A) si appaia con l’uracile (U) invece che con la timina (T).

L’mRNA risultante contiene una copia “riscrivibile” dell’informazione genetica presente nel DNA, specifica per la sintesi di una determinata proteina.

Traduzione: dall’RNA alla proteina

Una volta sintetizzato, l’mRNA lascia il nucleo e si sposta nel citoplasma, dove avviene la traduzione. Durante questo processo:

1. L’mRNA si associa a un organulo chiamato ribosoma, che legge la sequenza di basi azotate dell’mRNA in triplette, dette codoni.
2. Ogni codone corrisponde a un amminoacido specifico, secondo il codice genetico universale.
3. L’RNA transfer (tRNA) trasporta gli amminoacidi al ribosoma. Ogni tRNA ha un’anticodone che riconosce e si lega al codone complementare sull’mRNA.
4. Gli amminoacidi vengono uniti in una catena mediante legami peptidici, formando la proteina.

Dunque, il flusso dell’informazione genetica segue un percorso lineare: DNA → RNA → Proteina. Questo flusso spiega come le istruzioni contenute nei geni (DNA) vengano utilizzate per costruire le proteine, che svolgono la maggior parte delle funzioni cellulari, dalla catalisi delle reazioni chimiche (enzimi) al supporto strutturale, fino alla regolazione dei processi biologici.

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Ora focalizziamoci sulla struttura dell’RNA

L’RNA (acido ribonucleico) è una molecola essenziale per la trasmissione e l’utilizzo dell’informazione genetica. A differenza del DNA, l’RNA è costituito da uno zucchero pentoso chiamato ribosio, da cui prende il nome. L’RNA è formato da:

1. Un filamento singolo: a differenza del DNA, che ha una struttura a doppia elica, l’RNA è una catena lineare.
2. Quattro basi azotate:
   • Adenina (A),
   • Citosina (C),
   • Guanina (G),
   • Uracile (U): L’uracile è una caratteristica distintiva dell’RNA, poiché sostituisce la timina (T) presente nel DNA. Come la timina, l’uracile si appaia con l’adenina tramite legami a idrogeno.

Negli organismi eucarioti:

• L’RNA viene sintetizzato nel nucleo attraverso il processo di trascrizione, in cui una copia complementare di un segmento di DNA (il gene) viene prodotta sotto forma di RNA.
• Dopo la sintesi, l’RNA lascia il nucleo per svolgere le sue funzioni nel citoplasma, principalmente legate alla sintesi proteica.

Sappiamo che esistono diversi tipi di RNA:

1. RNA messaggero (mRNA): trasporta le istruzioni genetiche dal DNA ai ribosomi, dove vengono tradotte in proteine.
2. RNA transfer (tRNA): trasporta gli amminoacidi ai ribosomi durante la traduzione.
3. RNA ribosomiale (rRNA): costituisce parte strutturale e funzionale dei ribosomi, gli organelli responsabili della sintesi proteica.
4. RNA regolatori: come microRNA (miRNA) e RNA interferenti (siRNA), che regolano l’espressione genica.

Approfondimento: Trascrizione e Differenza tra procarioti ed eucarioti

La trascrizione è il processo attraverso cui l’informazione contenuta in un gene del DNA viene copiata in una molecola di RNA messaggero (mRNA). Questo passaggio è essenziale per il flusso dell’informazione genetica, poiché l’mRNA porta le istruzioni dal DNA, confinato nel nucleo (negli eucarioti), fino ai ribosomi, dove avviene la sintesi proteica. La trascrizione si svolge in tre fasi principali:

1. Inizio:
   • L’enzima chiave della trascrizione è l’RNA polimerasi, che si lega a una sequenza specifica di DNA chiamata promotore. Il promotore indica all’enzima dove iniziare a trascrivere.
   • Una volta legata al promotore, l’RNA polimerasi separa i due filamenti di DNA, creando una “bolla” di trascrizione.
2. Allungamento:
   • L’RNA polimerasi si muove lungo il filamento stampo del DNA in direzione 3’→5′, ma sintetizza l’RNA in direzione 5’→3′.
   • Aggiunge ribonucleotidi complementari al filamento stampo del DNA: dove sul DNA è presente A, sull’RNA viene aggiunto U (uracile) al posto di T (timina); G si appaia con C e viceversa.
   • Il filamento di RNA nascente è quindi complementare, ma non identico, al filamento stampo del DNA.
3. Terminazione:
   • La trascrizione si arresta quando l’RNA polimerasi raggiunge una sequenza specifica del DNA, chiamata segnale di terminazione. Questo segnale indica il punto finale della trascrizione.
   • Al termine, il filamento di RNA si stacca e il DNA ritorna alla sua conformazione a doppia elica.

Analizziamo ora le Differenze tra procarioti ed eucarioti:

Procarioti:

• La trascrizione avviene direttamente nel citoplasma, poiché i procarioti non possiedono un nucleo.
• L’RNA sintetizzato può essere immediatamente utilizzato per la sintesi proteica, senza ulteriori modifiche.

Eucarioti:

• La trascrizione avviene nel nucleo.
• L’RNA inizialmente prodotto è chiamato hnRNA (RNA eterogeneo nucleare) o mRNA immaturo. Questo RNA deve subire una serie di modifiche prima di poter lasciare il nucleo e svolgere la sua funzione nel citoplasma.

La maturazione dell’mRNA negli eucarioti

Quasi tutti i geni degli eucarioti sono discontinui, formati da:

• Esoni: Sequenze codificanti, che verranno tradotte in proteine.
• Introni: Sequenze non codificanti, che devono essere rimosse.

Per trasformare l’hnRNA in mRNA maturo, avvengono i seguenti processi:

1. Splicing:
   • Gli introni vengono eliminati, e gli esoni vengono uniti in una sequenza continua.
   • Questo processo è mediato da un complesso proteico e di RNA chiamato spliceosoma.
2. Capping:
   • Viene aggiunto un cappuccio di guanosina modificata all’estremità 5′ dell’mRNA per proteggerlo dalla degradazione e favorire il legame al ribosoma.
3. Aggiunta della coda poli-A:
   • All’estremità 3′ viene aggiunta una coda di adenine (coda poli-A), che stabilizza l’mRNA e regola la sua durata nel citoplasma.

Una volta completata la maturazione, l’mRNA maturo può uscire dal nucleo e dirigersi verso i ribosomi per partecipare alla sintesi proteica.