Il metabolismo dell RNA. Prof. Savino; dispense di Biologia Molecolare, Corso di Laurea in Biotecnologie

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1 Il metabolismo dell RNA

2 I vari tipi di RNA Il filamento di DNA che dirige la sintesi dello mrna è chiamato filamento stampo o filamento antisenso. L altro filamento che ha sequenza identica a quella dello mrna è chiamato filamento codificante o filamento senso.

3 Il messaggero è tradotto in proteine Ogni mrna è associato a diversi ribosomi: il complesso prende il nome di poliribosoma o polisoma. Ogni ribosoma nel polisoma sintetizza indipendentemente un polipeptide, che cresce di dimensioni man mano che il ribosoma si muove dall estremità 5 all estremità 3. Per esempio, la globina è sintetizzata da un gruppo di 5 ribosomi per molecola di mrna. I ribosomi appaiono come oggetti sferici di 7 nm di diametro, connessi da un filamento di mrna. I ribosomi sono posizionati in diversi punti del messaggero quelli all estremità 5 hanno appena iniziato la sintesi della globina quelli all estremità 3 hanno quasi completato la proteina.

4 Il messaggero è tradotto in proteine I ribosomi liberi formano un pool, da cui vengono reclutati quelli ingaggiati nella sintesi proteica. Il numero di ribosomi su un messaggero dipende dalla efficienza del mrna nel reclutarli. I ribosomi di un batterio rappresentano circa un quarto della sua massa. Il numero di trna eccede quello dei ribosomi di circa 10 volte. Si stima che ci siano circa molecole di mrna in un batterio (difficile da calcolare, il messaggero dei batteri è molto instabile).

5 Il messaggero dei procarioti L RNA messaggero ha la stessa funzione in procarioti ed eucarioti, ma ci sono differenze importanti nella sintesi e nella struttura del mrna nei due sistemi. Nei batteri, il messaggero è trascritto e tradotto nello stesso compartimento cellulare, ed i due processi sono collegati così strettamente che avvengono contemporaneamente. La trascrizione del messaggero avviene a circa 40 nucleotidi/sec a 37 C ci vogliono circa 2 min a trascrivere un mrna di 5000 nucleotidi. La sintesi delle proteine avviene a circa 15 aa/sec 45 nucleotidi/sec di mrna tradotto. La trascrizione e la traduzione viaggiano alla stessa velocità.

6 Il messaggero dei procarioti Trascrizione e traduzione nei batteri possono essere visualizzate tramite la microscopia elettronica. Nella fotografia, molti mrna sono trascritti simultaneamente, e ogni mrna è tradotto da molti ribosomi. Un RNA la cui sintesi non è stata ancora completata si chiama RNA nascente. Gli mrna batterici sono policistronici. regione codificante leader (5 UTR) trailer (3 UTR) regioni intercistroniche (0-30 nt)

7 Il messaggero degli eucarioti Entrambe le estremità del messaggero degli eucarioti sono modificate dalla aggiunta di nucleotidi successivamente alla trascrizione. L estremità 5 è modificata dall aggiunta di un cappuccio, che avviene immediatamente. L estremità 3 è generata tramite taglio del trascritto primario anzichè terminazione della trascrizione. Immediatamente dopo il taglio, l estremità 3 è modificata dalla aggiunta di una serie di nucleotidi di acido adenilico: acido poliadenilico o poli(a). Solo dopo questa serie di modificazioni il messaggero è pronto per essere trasportato nel citoplasma dove è relativamente stabile, con una emivita di 4-24 ore.

8 Il Cappuccio La trascrizione comincia con un nucleoside trifosfato (tipicamente A o G), di modo che il trascritto primario ha al 5 struttura pppapnpnpnp. In seguito, l enzima guanililtransferasi catalizza l aggiunta di una G con un legame 5-5 (orientazione inversa rispetto agli altri nucleotidi). La guanina-7-metiltransferasi aggiunge un metile in posizione 7 cappuccio tipo 0, presente negli eucarioti unicellulari. La 2 -O-metiltransferasi aggiunge un alro metile cappuccio tipo 1, presente nella maggior parte degli eucarioti Quando un posizione 2 (ex 1) c è una Adenina, può essere aggiunto un metile in posizione 6 dopo l aggiunta del metile in posizione 2 -O. Infine, se sono state efettuate tutte le modificazioni precedenti, può essere aggiunto un metile in 2 -O della terza base: cappuccio tipo 2, 10-15% degli eucarioti superiori.

9 L estremità 3 del messaggero Non è chiaro se esista un sito di terminazione per la RNA polimerasi II. Sono state evidenziate terminazioni non specifiche più di 1000 paia di basi a valle della estremità 3 del messaggero maturo. La polimerasi trascrive oltre l estremità 3 del messaggero maturo. Un complesso enzimatico esegue il taglio e la successiva poliadenilazione del trascritto. La poliadenilazione stabilizza il trascritto all estremità 3. L estremità 5 del trascritto è già stabilizzata dalla presenza del cappuccio. La polimerasi prosegue oltre il sito di taglio e poliadenilazione, ma l estremità 5 generata dal taglio non è protetta. Di conseguenza, il resto del trascritto primario è degradato molto rapidamente è difficile determinare cosa succede oltre il sito di taglio e poliadenilazione.

10 La poliadenilazione Nei messaggeri degli eucarioti superiori (non nel lievito) è presente la sequenza AAUAAA nt a monte della coda di poli(a) saudi α-talassemia. Un fattore multisubunità, chiamto CstF, lega una sequenza ricca in G e U a valle del sito di taglio. Un fattore (composto da 4 subunità) chiamato CPSF (Cleavage and Polyadenylation Specificity Factor) riconosce la sequenza AAUAAA quando CstF ha legato la regione ricca in G e U. Una endonucleasi, composta dalle subunità CFI e CFII taglia il trascritto. La poliadenilato polimerasi sintetizza la coda di poli(a) Inizialmente vengono aggiunti circa 10 nucleotidi. In seguito, la PABP (poly(a)-binding Protein) lega la coda di poli(a) nascente. Questo stimola la poli(a) polimerasi ad aggiungere acido adenilico fino ad una lunghezza di circa 200 nucleotidi.

11 Il messaggero degli eucarioti Trascritto primario La vera funzione delle proteine che legano il trascritto primario resta sconosciuta.

12 Taglio e saldatura dell RNA: splicing Donor splice site Acceptor splice site

13 La rimozione dell introne Struttura a cappio. Punto di ramificazione si trova nucleotidi a monte del 3 splice site.

14 La trans-esterificazione Adenine G A

15 La struttura degli intermedi di splicing Posizione 4 Posizione 3 Posizione 5

16 Gli snrna, le snrnp e lo splicing

17 Lo splicing Assemblaggio dello spliceosoma U1 si stacca; U5 si sposta. U6 si stacca da U4 (sarà rilasciato) e lega U2 formando in centro catalitico). U2 e U6 catalizzano la transesterificazione

18 Eucarioti La maturazione dell RNA ribosomale Procarioti

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