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1 DOGMA CENTRALE DELLA BIOLOGIA Secondo il dogma centrale della biologia, il DNA dirige la sintesi del RNA che a sua volta guida la sintesi delle proteine. Tuttavia il flusso unidirezionale di informazioni ipotizzato da questo dogma ( DNA RNA Proteine ) non riflette il ruolo che svolgono le proteine stesse nel facilitare il flusso di informazioni. Un modo più esatto di rappresentare la relazione che nelle cellule lega la sintesi del DNA dell RNA e delle proteine è il seguente: DNA RNA proteine

2

3 DNA nucleare deossiribosio A T G C doppia elica sintetizzato e contenuto nel nucleo RNA ribosio A U G C singola elica sintetizzato nel nucleo e contenuto nel citoplama DNA - replicazione DNA - trascrizione RNA mrna rrna trna - traduzione sequenza aminoacidi polipeptidi sintesi proteica Insieme di polipeptidi = proteina (o subunità di) Proteine sintetizzate nel citoplasma, contenute sia nel nucleo sia nel

4 dal DNA alle PROTEINE DNA RNA e FLUSSO dell INFORMAZIONE NEI PROCARIOTI

5 dal DNA alle PROTEINE DNA RNA e FLUSSO dell INFORMAZIONE NEGLI EUCARIOTI

6 dal DNA alle PROTEINE DNA RNA e FLUSSO dell INFORMAZIONE Il gene La diversità cellulare dipende dalla diversa espressione dei geni. Gene : unità di trascrizione che contengono l informazione genetica per la sintesi finale di una proteina o di un RNA (transfer o ribosomiale). Un gene è costituito da una regione codificante ed anche da sequenze di DNA necessarie per un particolare trascritto di RNA (promotori, introni, intensificatori ) Cellule diverse di uno stesso individuo hanno lo stesso patrimonio genetico, ma attivano e disattivano i geni in modi differenti

7 TRASCRIZIONE dell RNA ed ESPRESSIONE GENICA A seconda delle loro necessità e dei segnali molecolari, le diverse cellule trascrivono segmenti differenti del DNA definiti unità di trascrizione : i geni Nel corso della fase G 1 le unità di trascrizione del DNA nucleare trascrivono vari tipi di RNA, alcuni dei quali, dopo specifiche modificazioni, passeranno nel citoplasma per la sintesi proteica.

8 TRASCRIZIONE dell RNA ed ESPRESSIONE GENICA La sintesi dell RNA si effettua utilizzando 1. L enzima RNA polimerasi, 2. Il DNA come stampo, 3. ATP, CTP, GTP e UTP come precursori del RNA. L RNA viene viene sintetizzato come filamento singolo e la trascrizione segue la direzione 5 3. Il processo della trascrizione produce diversi tipi di RNA : 1. L RNA mesaggero mrna : porta l informazione genetica per la sintesi proteica nel citoplasma. 2. L RNA transfer o trna : decodifica l informazione trasferendo ogni singolo aminoacido alla catena polipeptidica crescente durante la sintesi proteica 3. L RNA ribosomiale o rrna : costituisce una parte del ribosoma, la struttura molecolare dove avviene la sintesi proteica.

9 TRASCRIZIONE dell RNA ed ESPRESSIONE GENICA La trascrizione può essere suddivisa in tre distinti processi : 1. Inizio : le RNA polimerasi si legano in punti specifici della doppia elica del DNA riconoscibili per la presenza di sequenze AT ripetute (sequenza promoter) e iniziano la lettura di uno solo dei due filamenti in direzione Allungamento : utilizzando nucleosidi trifosfati presenti nel nucleo, le RNA polimerasi costruiscono catene di nucleotidi a sequenza complementare a quelli sul DNA (U al posto di T). 3. Terminazione : particolari sequenze, sempre sul DNA danno il segnale di terminazione della lettura con il conseguente distacco della polimerasi dallo stampo.

10 STRUTTURA DEI GENI NEI PROCARIOTI Nei procarioti v è un unica RNA polimerasi che trascrive tutti i geni della cellula batterica. La trascrizione ha inizio con la formazione di un complesso stabile tra RNA polimerasi e specifiche regioni chiamate siti promotori Le unità di trascrizione possono essere monocistroniche quando contengono un unica sequenza codificante che può specificare una proteina o un RNA (a). Nella maggior parte dei casi le unità di trascrizione dei procarioti sono policistroniche (b, c), cioè contengono le sequenze codificanti per più di un tipo di proteina o di RNA.

11 STRUTTURA DEI GENI NEGLI EUCARIOTI Negli eucarioti esistono tre distinti sistemi di trascrizione : 1. I geni di classe I codificano per rrna 5.8, 18S, 28S e sono trascritti dalla RNA polimerasi I 2. I geni di classe II codificano per mrna e snrna sono sono trascritti dalla RNA polimerasi II 3. I geni di classe III codificano per i trna, rrna 5S e crna (citoplasmatici) sono trascritti dalla RNA polimerasi III La maggior parte degli mrna degli eucarioti sono monocistronici e contengono introni.

12 STRUTTURA DEI GENI NEGLI EUCARIOTI Organizzazione degli elementi che costituiscono i geni codificanti per gli mrna e i rrn A negli eucarioti mrna rrn A

13 Proteggere il trascritto dalle esonucleasi 5-3 (le molecole di mrna prive di cappuccio oppure con catene di poli A accorciate sono rapidamente degradate), Facilitare il trasporto dal nucleo al citoplasma Facilitare lo splicing dell RNA TRASCRIZIONE dell RNA ed ESPRESSIONE GENICA Maturazione post-trascrizionale dell RNA Il trascritto primario delle unità trascrizionali che codificano per delle proteine è soggetto agli eventi di maturazione dell RNA. Modificazioni delle estremità dell mrna eucariotico: 1. Cappuccio : al 5 viene legato un nucleotide metilato la 7-metilguanosina (m7g) 2. Coda di poli AAA avvenuto il taglio a valle dell elemento terminatore AAUAAA l enzima poli(a) polimerasi aggiunge all mrna una sequenza di ca. 200 residui di acido adenilico (AMP) formando una coda di poli A. Funzioni delle modificazioni:

14 TRASCRIZIONE dell RNA ed ESPRESSIONE GENICA Maturazione post-trascrizionale dell RNA : Splicing Lo splicing dell RNA assicura la rimozione delle sequenze di RNA intronico dal trascritto primario e la fusione delle sequenze di RNA esonico

15 TRASCRIZIONE dell RNA ed ESPRESSIONE GENICA Splicing Il trascritto primario viene rapidamente legato da particelle ribonucleoproteiche nucleari piccole snrnp formando un complesso RNA proteine: lo slpiceosoma capace di eliminare gli introni e riassemblare gli esoni producendo la molecola di RNA maturo

16 CONTROLLO DELLA TRASCRIZIONE L espressione dei geni deve essere regolata in modo tale che ogni cellula acquisti e mantenga la propria corretta funzione. I modi con cui si ottiene la regolazione dell espressione genica posono essere di diverso tipo.

17 CONTROLLO DELLA TRASCRIZIONE I fattori di trascrizione sono delle proteine regolatrici che si legano ad una specifica regione del DNA. Per es. la proteina TFIID si lega al TATA box cambiando la conformazione spaziale sia della proteina che del DNA, cambiamento strutturale che facilita il legame di altri fattori di trascrizione i quali consentono il legame della RNA polimerasi II

18 CONTROLLO DELLA TRASCRIZIONE I ruoli dei fattori di trascrizione, dei regolatori e degli attivatori. L azione di numerose proteine determina e se e dove l RNA polimerasi trascriverà il DNA.

19 CONTROLLO DELLA TRASCRIZIONE

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