CAPITOLO 5 SINTESI PROTEICA E CODICE GENETICO LIGUORI EDITORE

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5.2 DOGMA CENTRALE DELLA GENETICA MOLECOLARE Figura 5.1 Dogma centrale della genetica molecolare.

5.2 DOGMA CENTRALE DELLA GENETICA MOLECOLARE Figura 5.2 Compartimenti della cellula vegetale interessati alla trascrizione e alla sintesi proteica.

5.3 TRASCRIZIONE DELL’RNA Figura 5.3a Meccanismo di allungamento del filamento di RNA durante il processo di trascrizione (da: P.J.Russell 1998, modificata).

5.3 TRASCRIZIONE DELL’RNA Figura 5.3b Esempio di sequenza nucleotidica di DNA e di quella dell’RNA risultante dalla sua trascrizione.

5.3 TRASCRIZIONE DELL’RNA Figura 5.4 Bolla di trascrizione (A) e fasi della trascrizione (B) (da: R.J. Brooker 1999, modificata).

5.3 TRASCRIZIONE DELL’RNA TIPI DI ACIDI RIBONUCLEICI E DI RNA POLIMERASI Tabella 5.1 Tipi di RNA ribosomale di procarioti ed eucarioti, con informazioni riguardanti la lunghezza approssimativa in nucleotidi e la subunità ribosomica di localizzazione.

5.3 TRASCRIZIONE DELL’RNA TIPI DI ACIDI RIBONUCLEICI E DI RNA POLIMERASI Figura 5.5 Struttura dei ribosomi procariotici ed eucariotici.

5.3 TRASCRIZIONE DELL’RNA TIPI DI ACIDI RIBONUCLEICI E DI RNA POLIMERASI Figura 5.6a Struttura della molecola di un RNA di trasferimento (tRNA) (da: R.J. Brooker 1999, modificata).

5.3 TRASCRIZIONE DELL’RNA TIPI DI ACIDI RIBONUCLEICI E DI RNA POLIMERASI Figura 5.6b Rappresentazione del tRNA per la fenilalanina (tRNAPhe) di frumento (da: R.J. Brooker 1999, modificata).

5.3 TRASCRIZIONE DELL’RNA TIPI DI ACIDI RIBONUCLEICI E DI RNA POLIMERASI Figura 5.7 Azione dell’enzima aminoacil-tRNA sintetasi.

5.3 TRASCRIZIONE DELL’RNA TIPI DI ACIDI RIBONUCLEICI E DI RNA POLIMERASI Figura 5.8 Rappresentazioni schematiche dell’organizzazione discontinua dei geni eucariotici: ovoalbumina di pollo (A) e emoglobina di topo (B) aventi, rispettivamente, sette introni ed un introne.

5.3 TRASCRIZIONE DELL’RNA TIPI DI ACIDI RIBONUCLEICI E DI RNA POLIMERASI Figura 5.9 Azione della RNA polimerasi nella trascrizione di un gene.

5.3 TRASCRIZIONE DELL’RNA TIPI DI ACIDI RIBONUCLEICI E DI RNA POLIMERASI Tabella 5.2 Proprietà delle RNA polimerasi degli eucarioti.

5.3 TRASCRIZIONE DELL’RNA CONCETTO DI GENE COME UNITÀ DI TRASCRIZIONE E MECCANISMO DI TRASCRIZIONE Figura 5.10 Organizzazione di un gene eucariotico: unità di trascrizione.

5.3 TRASCRIZIONE DELL’RNA CONCETTO DI GENE COME UNITÀ DI TRASCRIZIONE E MECCANISMO DI TRASCRIZIONE Figura 5.11 Struttura tipica di un promotore riconosciuto dalla RNA polimerasi II (A); esempi di organizzazione di alcuni promotori eucariotici contenenti gli elementi TATA, CAAT e GC (B).

5.3 TRASCRIZIONE DELL’RNA CONCETTO DI GENE COME UNITÀ DI TRASCRIZIONE E MECCANISMO DI TRASCRIZIONE Figura 5.12 Fasi di formazione del complesso proteico comprendente i fattori di trascrizione necessari per l’azione della RNA polimerasi (da: D.P. Snustad e M.J. Simmons 1997, modificata).

5.3 TRASCRIZIONE DELL’RNA CONCETTO DI GENE COME UNITÀ DI TRASCRIZIONE E MECCANISMO DI TRASCRIZIONE Figura 5.13 Modificazioni principali che subiscono i precursori dei trascritti genici degli eucarioti: aggiunta del cappuccio di 7-metil guanosina in 5’, rimozione degli introni (splicing) nella regione codificante e poliadenilazione in 3’.

5.3 TRASCRIZIONE DELL’RNA MECCANISMO DI SPLICING Figura 5.14a,b Sequenze consenso per lo splicing del pre-mRNA negli eucarioti superiori (A); meccanismo di rimozione degli introni dal pre-mRNA (B).

5.3 TRASCRIZIONE DELL’RNA MECCANISMO DI SPLICING Figura 5.14c Rappresentazione schematica di uno spliceosoma: ogni ribonucleoproteina (U1, U2, U3, U4, U5 e U6) è costituita da snRNA e proteine specifiche.

5.3 TRASCRIZIONE DELL’RNA MECCANISMO DI SPLICING Figura 5.15 Schema del processo di auto-splicing.

5.3 TRASCRIZIONE DELL’RNA MECCANISMO DI SPLICING Figura 5.16 Molecola di mRNA maturo.

5.3 TRASCRIZIONE DELL’RNA MECCANISMO DI SPLICING QUADRO 5.1 – AMMINOACIDI Figura 5.17 Struttura dei 20 amminoacidi.

5.4 CODICE GENETICO Figura 5.18 Ipotesi di Gamow sulla esistenza di un codice genetico a tre lettere (triplette).

5.4 CODICE GENETICO Figura 5.19 Reazione catalizzata dalla polinucleotide fosforilasi (A); esperimento di Nirenberg e Matthaei: relazione esistente tra nucleotidi e amminoacidi (B).

5.4 CODICE GENETICO Figura 5.20 Effetto delle mutazioni singole (A), doppie (B) e triple (C) sul codice di lettura a triplette.

5.4 CODICE GENETICO Figura 5.21 Sintesi proteica in vitro con sistemi acellulari attivati usando RNA artificiali in presenza di amminoacidi (A). Corrispondenza tra triplette e singoli amminoacidi: esempio di calcolo (B).

5.4 CODICE GENETICO Figura 5.22 Corrispondenza fra triplette e amminoacidi: saggio di legame ai ribosomi.

5.4 CODICE GENETICO Figura 5.23 Codice genetico: ogni codone è specificato dalle lettere risultanti dalla combinazione di quelle presenti sul 1°, 2° e 3° asse ed è scritto così come appare nell’mRNA in direzione 5’-3’.

5.4 CODICE GENETICO Figura 5.24 ORF di 648 nucleotidi del gene di erba medica codificante per la proteina Mob di 215 amminoacidi.

5.4 CODICE GENETICO Tabella 5.3 Vacillamento dell’anticodone: possibili combinazioni di appaiamento.

5.4 CODICE GENETICO Figura 5.25 Esempi di appaiamento per vacillamento: due diversi codoni per la leucina (A) possono essere riconosciuti da identici tRNA così come tre diversi codoni per la glicina (B).

5.4 CODICE GENETICO Figura 5.26 Codice genetico: conseguenza di mutazioni puntiformi sul tipo di amminoacido specifico dal codone.

5.4 CODICE GENETICO Figura 5.27 Relazione tra codogeni, codoni e anticodoni.

5.5 SINTESI PROTEICA Figura 5.28 Rappresentazione schematica della sintesi proteica (da: R.J. Brooker 2000, modificata).

5.5 SINTESI PROTEICA Tabella 5.4 Elenco dei fattori proteici di inizio, allungamento e rilascio della catena polipeptidica di procarioti ed eucarioti.

5.5 SINTESI PROTEICA Figura 5.29 Legame peptidico e proprietà di una catena polipeptidica.

5.5 SINTESI PROTEICA Figura 5.30 Poliribosoma (da P.J. Russell 1988, modificata).

5.6 ORGANIZZAZIONE E SMISTAMENTO DELLE PROTEINE Figura 5.31 Struttura delle proteine (da R.J. Brooker 1999, modificata).

5.6 ORGANIZZAZIONE E SMISTAMENTO DELLE PROTEINE Figura 5.32 Smistamento delle proteine nella cellula (da: R.J. Brooker 1999, modificata).

5.7 REGOLAZIONE DELL’ESPRESSIONE GENICA E AVVICENDAMENTO PROTEICO REGOLAZIONE GENICA NEI PROCARIOTI Figura 5.33a Componenti dell’operone.

5.7 REGOLAZIONE DELL’ESPRESSIONE GENICA E AVVICENDAMENTO PROTEICO REGOLAZIONE GENICA NEI PROCARIOTI Figura 5.33b Siti di legame di una proteina regolatrice di geni.

5.7 REGOLAZIONE DELL’ESPRESSIONE GENICA E AVVICENDAMENTO PROTEICO REGOLAZIONE GENICA NEI PROCARIOTI Figura 5.34 Formazione di complessi di attivazione o di repressione della trascrizione: (A) repressore-induttore (inattivo); (B) repressore-corepressore (attivo); (C) attivatore-induttore (attivo); (D) attivatore-corepressore (inattivo).

5.7 REGOLAZIONE DELL’ESPRESSIONE GENICA E AVVICENDAMENTO PROTEICO REGOLAZIONE GENICA NEI PROCARIOTI Figura 5.35 Sistema inducibile a controllo negativo (A). Sistema inducibile a controllo positivo (B).

5.7 REGOLAZIONE DELL’ESPRESSIONE GENICA E AVVICENDAMENTO PROTEICO REGOLAZIONE GENICA NEI PROCARIOTI Figura 5.36 Sistema reprimibile a controllo negativo (A). Sistema reprimibile a controllo positivo (B).

5.7 REGOLAZIONE DELL’ESPRESSIONE GENICA E AVVICENDAMENTO PROTEICO REGOLAZIONE GENICA NEI PROCARIOTI Figura 5.37 Operone lac di E. coli.

5.7 REGOLAZIONE DELL’ESPRESSIONE GENICA E AVVICENDAMENTO PROTEICO REGOLAZIONE GENICA NEI PROCARIOTI Figura 5.38 Operone trp di E. coli.

5.7 REGOLAZIONE DELL’ESPRESSIONE GENICA E AVVICENDAMENTO PROTEICO REGOLAZIONE GENICA NEGLI EUCARIOTI Figura 5.39 Reazione di metilazione per azione della DNA metilasi.

5.7 REGOLAZIONE DELL’ESPRESSIONE GENICA E AVVICENDAMENTO PROTEICO REGOLAZIONE GENICA NEGLI EUCARIOTI QUADRO 5.2 – ACETILAZIONE DELLE PROTEINE ISTONICHE DEL DNA Figura 5.40a Mappa delle modificazioni degli istoni (histone code) (da: J. Clayton e C. Dennis 2003, modificata).

5.7 REGOLAZIONE DELL’ESPRESSIONE GENICA E AVVICENDAMENTO PROTEICO REGOLAZIONE GENICA NEGLI EUCARIOTI QUADRO 5.2 – ACETILAZIONE DELLE PROTEINE ISTONICHE DEL DNA Figura 5.40b Meccanismo di formazione di stati della cromatina attivi e inattivi in termini trascrizionali (da: J. Clayton e C. Dennis 2003, modificata).

5.7 REGOLAZIONE DELL’ESPRESSIONE GENICA E AVVICENDAMENTO PROTEICO REGOLAZIONE GENICA NEGLI EUCARIOTI Figura 5.41 Livelli di controllo dell’espressione genica negli eucarioti.

5.7 REGOLAZIONE DELL’ESPRESSIONE GENICA E AVVICENDAMENTO PROTEICO REGOLAZIONE GENICA NEGLI EUCARIOTI Figura 5.42 Fattori di regolazione della trascrizione: fattori di attivazione (A) e di repressione (B) (da: R.J. Brooker 1999, modificata).

5.7 REGOLAZIONE DELL’ESPRESSIONE GENICA E AVVICENDAMENTO PROTEICO REGOLAZIONE GENICA NEGLI EUCARIOTI Figura 5.43 Esempi di proteine di legame al DNA regolatrici della espressione genica: interazione proteina-proteina (A) e modificazione post-traduzionale, come ad esempio, fosforilazione (B); azione di una molecola effettrice, come ad esempio un ormone (C) (da R.J. Brooker, 1999, modificata).

5.7 REGOLAZIONE DELL’ESPRESSIONE GENICA E AVVICENDAMENTO PROTEICO REGOLAZIONE GENICA NEGLI EUCARIOTI Figura 5.44 Ormoni delle piante.

5.7 REGOLAZIONE DELL’ESPRESSIONE GENICA E AVVICENDAMENTO PROTEICO REGOLAZIONE GENICA NEGLI EUCARIOTI Figura 5.45 Elementi di controllo ARE.

5.7 REGOLAZIONE DELL’ESPRESSIONE GENICA E AVVICENDAMENTO PROTEICO REGOLAZIONE GENICA NEGLI EUCARIOTI Figura 5.46 Mutanti omeotici di Drosophila (A) e di Arabidopsis (B).

5.7 REGOLAZIONE DELL’ESPRESSIONE GENICA E AVVICENDAMENTO PROTEICO REGOLAZIONE GENICA NEGLI EUCARIOTI QUADRO 5.3 – IL GRANDE MONDO DEI PICCOLI RNA Figura 5.47 Schema sinottico di classificazione della famiglia degli RNA.

5.7 REGOLAZIONE DELL’ESPRESSIONE GENICA E AVVICENDAMENTO PROTEICO REGOLAZIONE GENICA NEGLI EUCARIOTI QUADRO 5.3 – IL GRANDE MONDO DEI PICCOLI RNA Figura 5.48 È sempre più evidente che le due classi di small RNA coinvolte nel silenziamento genico, i micro RNA (miRNA) e gli short interfering RNA (siRNA), vengono prodotte da uno stesso meccaniscmo molecolare. Il processamento del precursore a forcina del miRNA o dei lunghi RNA a doppio filamento (dsRNA) richiede l’enzima Dicer e produce un RNA a singolo filamento di 21-23 nucleotidi. Questo piccolo RNA si lega all’ RNA-induced silencing complex (RISC) e si dirige verso l’mRNA bersaglio. A questo punto il meccanismo si diversifica. Il miRNA si lega all’mRNA bersaglio ma le piccole differenze tra i due filamenti fanno sì che questi formino una protuberanza impedendo all’mRNA di essere tradotto in proteina. Gli siRNA, invece, si appaiano in modo perfetto con l’mRNA bersaglio e lo marcano per la degradazione.