SINTESI DELL RNA. Replicazione. Trascrizione. Traduzione

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1 SINTESI DELL RNA Replicazione Trascrizione Traduzione L RNA ha origine da informazioni contenute nel DNA La TRASCRIZIONE permette la conversione di una porzione di DNA in una molecola di RNA con una sequenza complementare

2 Funzioni dell RNA Gli acidi ribonucleici svolgono tre funzioni principali all interno della cellula: RNA messaggero (mrna): contiene le sequenze che codificano la sequenza aminoacidica di uno o più polipeptidi RNA Transfer (trna): è un adattatore che legge la sequenza sull mrna e trasferisce l amminoacido giusto alla catena polipeptidica nascente durante la sintesi proteica RNA Ribosomiale (rrna): è il costituente dei ribosomi. Altri ac. Ribonucleici hanno altre funzioni regolatrici e catalitiche oppure sono precursori delle tre classi principali. Micro RNA hanno una funzione regolatrice a livello dell espressione dei geni Ac. Ribonucleici che sono il patrimonio genetico di alcuni Virus.

3 La trascrizione ha caratteristiche simili alla replicazione: - meccanismo chimico - direzione della sintesi -uso dello stampo Differenze: -la trascrizione è selettiva. Solo alcuni geni o gruppi di geni vengono trascritti -non è necessario un primer -solo una delle due catene di DNA fa da stampo per una molecola di RNA

4 L RNA viene sintetizzato dalle RNA polimerasi Per la sintesi sono necessari: -DNA stampo -i quattro ribonucleosidi 5 -trifosfato -Mg 2+ (NMP) n + NTP (NMP) n+1 + PP i I nucleotidi aggiunti seguono le regole dell appaiamento, l Uracile si appaierà con l Adenina

5 La reazione procede in direzione 5-3

6 Perchè avvenga la trascrizione la doppia elica di DNA dev essere disavvolta L RNA polimerasi di E.coli mantiene disavvolte circa 17 coppie di basi L RNA polimerasi non ha bisogno di primer. La trascrizione ha inizio in corrispondenza di regioni specifiche dette PROMOTORI

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8 Le due catene di DNA complementari coinvolte nella trascrizione hanno ruoli diversi La catena non-stampo ha la stessa sequenza del trascritto. La catena codificante di un gene si può trovare su entrambi i filamenti di un cromosoma.

9 RNA Polimerasi É un enzima complesso formato da cinque subunità α 2 ββ'ω e da una sesta subunità σ, che presenta diverse varianti. La subunità σ si lega al nucleo dell enzima in modo transitorio e lo dirige verso siti di legame specifici sul DNA. La forma più comune di σ è σ 70 Le RNA polimerasi non hanno attività esonucleasica e la frequenza dell errore è maggiore di quella della replicazione. L errore ha un effetto meno grave in quanto l RNA è generato in molte copie e alla fine viene comunque degradato

10 La sintesi inizia da una regione chiamata PROMOTORE In E.coli il legame dell RNA polimerasi avviene entro una regione che si estende tra -70 e +30. Le sequenze -35 e -10 presentano molte similitudini in molti promotori batterici. Queste sequenze sono siti di interazione per la subunità σ 70 Differenze nella sequenza consenso infuenzano l efficienza di legame dell RNA polimerasi.

11 I fase (legame) - formazione di un COMPLESSO CHIUSO (il DNA viene stabilmente legato ma non ancora disavvolto) - una regione di DNA di bp (da -10 a +2/+3) viene disavvolta per formare un COMPLESSO APERTO Il passaggio dal c.chiuso al c.aperto comporta una serie di modificazioni conformazionali della proteina II fase (inizio della trascrizione) Quando i primi 8-9 nt sono stati legati la subunità σ viene rilasciata, la polimerasi si allontana dal promotore e promuove l allungamento dell oligonucleotide

12 TERMINAZIONE Quando la RNA polimerasi incontra particolari sequenze sul DNA effettua una pausa e la sintesi si ferma. In E.coli ci sono due classi di segnali di terminazione: - ρ-indipendente - mediata da ρ ρ (rho) è un fattore proteico

13 Modello per la terminazione della trascrizione ρ-indipendente in E.coli RNA polimerasi fa una pausa a livello di sequenze specifiche e ha due alternative: - la polimerasi supera la sequenza (sequenza di pausa) e continua la sintesi - la polimerasi subisce modificazioni conformazionali che provocano la terminazione della sintesi e la dissociazione del trascritto (sequenza di terminazione) Terminatore ρ-indipendente sequenza ripetuta e invertita (doppio asse di simmetria)

14 Modello per la terminazione della trascrizione mediata da ρ Alcuni siti di terminazione non hanno sequenze in grado di formare forcine stabili ρ è un elicasi ATP-dipendente che si lega al filamento nascente e scorre verso RNA polimerasi e la bolla di trascrizione

15 Le cellule eucariote hanno diverse RNA polimerasi -Pol I: sintetizza l RNA preribosomiale che contiene i precursori dei rrna -Pol II: sintetizza l mrna -Pol III: sintetizza i trna, l rrna 5S ed altri piccoli RNA La trascrizione negli eucarioti ha sequenze di controllo più complicate e coinvolge molte altre proteine dette FATTORI di TRASCRIZIONE (TF)

16 Sequenze dei promotori di alcuni geni strutturali degli eucarioti

17 Reazioni dell inizio della trascrizione in cellule eucariote: formazione di un COMPLESSO DI PREINIZIO (PIC) su un promotore contenente un TATA box RNAPII richiede per la sua attività molti fattori proteici TFIIH: attività elicasica, stimola la formazione del complesso aperto agisce solo dopo che si è formato il PIC

18 La trascrizione negli eucarioti si può suddividere in varie fasi: Organizzazione Inizio Allungamento Terminazione Negli eucarioti non sono state identificate sequenze di terminazione La trascrizione termina con un meccanismo ancora non identificato

19 Maturazione dell RNA Le molecole di RNA dopo essere state sintetizzate subiscono modificazioni La molecola di RNA appena sintetizzata è chiamata TRASCRITTO PRIMARIO Le modificazioni a cui va incontro l RNA: -tagli -modificazione delle estremità

20 -Splicing Maturazione dell mrna -Aggiunta del cappuccio al 5 e poliadenilazione al 3

21 Il cappuccio è costituito da un residuo di 7-metilguanosina legato al residuo 5 terminale della molecola di RNA tramite un legame trifosfato Il cappuccio serve a proteggere l mrna dalle ribonucleasi e partecipa al legame del mrna al ribosoma L aggiunta del cappuccio avviene precocemente, durante la trascrizione

22 Un GENE è costituito da: INTRONI: sequenze non codificanti ESONI: sequenze codificanti Il trascritto primario contiene sia gli introni che gli esoni SPLICING: rimozione degli introni Esistono vari tipi di splicing, alcuni richiedono l ausilio di proteine, altri avvengono senza (auto-splicing)

23 Splicing dell mrna Gli introni dell mrna vengono rimossi da un complesso proteico detto SPLICEOSOMA costituito da complessi RNA-proteine Gli introni hanno una sequenza GU al 5 a una AG al 3. Questi sono segnali per lo splicing.

24 Poliadenilazione All estremità 3 dell mrna viene aggiunta una sequenza di residui di A: Coda di polia La coda di polia protegge l mrna dalla degradazione.

25 MATURAZIONE DELL RNA EUCARIOTICO

26 Lo splicing alternativo produce molecole di mrna diverse ma correlate a partire da un singolo gene Molti trascritti primari possono essere processati in maniera diversa. Si generano molecole di mrna diverse, ciascuna codificante una diversa proteina. Lo splicing alternativo può generare isoforme diverse di una stessa proteina, necessarie in fasi diverse dello sviluppo o in diversi tipi cellulari Un singolo gene può codificare più proteine

27 mrna diversi possono essere generati da uno stesso gene anche in fase per: 1.Promotori multipli la trascrizione ha inizio a livello di promotori diversi e quindi di diversi punti di inizio. Si generano trascritti con diversi esoni al Siti di poliadenilazione multipli Si generano trascritti con estremità 3 diverse Entrambi i meccanismi sono stati trovati in combinazione con lo splicing alternativo.

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29 Es.: modificazione alternativa del trascritto del gene della calcitonina di ratto Il meccanismo di poli(a) che porta alla produzione di calcitonina è predominante nella tiroide di ratto, mentre quello che porta alla produzione di CGRP (calcitonine gene related peptide), peptide correlato al gene della calcitonina, è prevalente nel cervello.

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31 Maturazione di rrna batterico

32 Maturazione di rrna nei vertebrati

33 Maturazione di trna

34 I Retrovirus sono virus a RNA. Essi possiedono la TRASCRITTASI INVERSA, una DNA polimerasi RNA-dipendente. Questo enzima catalizza la sintesi di DNA usando RNA come stampo. I Retrovirus sono patogeni molto aggressivi. Il più noto è l HIV. La terapia sfrutta l inibizione della trascrittasi inversa del virus.

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