presentazione del prof. Ciro Formica Acidi nucleici – 6 presentazione del prof. Ciro Formica Immagini e testi tratti dai website di: genome.wellcome.ac.uk, dnaftb.org, unipv.it, unimi.it, wikipedia.it, unibs.it, unina.it, uniroma2.it, nih.gov, zanichelli.it, sciencemag.org, ncbi.gov

1- Dal DNA alle proteine; 2- la Trascrizione e la formazione dell' RNA messaggero; 3- RNA ribosomiale 4- RNA di trasporto

La trascrizione in eucarioti e procarioti

Il mRNA

I tipi di RNA polimerasi di procarioti e eucarioti Nei procarioti una sola RNA polimerasi catalizza la sintesi di tutti i tipi di RNA Negli eucarioti ci sono più enzimi : RNA polimerasi I RNA polimerasi II RNA polimerasi III mRNA (messaggero) tRNA e rRNA 5.8 S rRNA (ribosomale) Le RNA polimerasi I e II riconoscono sul DNA delle sequenze poste a monte del sito di inizio della trascrizione (PROMOTORI) La RNA polimerasi III si lega invece in posizioni a valle del sito di inizio della trascrizione

RNA polimerasi La RNA pol non è in grado di correggere gli errori , 1/105 nucleotidi circa, cioè non ha la funzione proofreading a differenza della DNA pol. Gli errori possono essere causa di mutazioni

ALLUNGAMENTO DELL'RNA Il meccanismo di allungamento dell’RNA avviene mediante l’attacco nucleofilo dell’OH in 3’ di un ribonucleotide al fosfato più interno del nuovo nucleoside trifosfato. La sintesi è favorita dall’idrolisi del pirofosfato.

Trascrizione RNA GTF (fattori di trascrizione generali): proteine di regolazione che si legano al promotore per l’attacco della RNA polimerasi TATA box sequenza di basi TATA necessaria per regolare la trascrizione promotori specifiche sequenze di inizio trascrizione fattori di terminazione sequenze per interrompere la trascrizione

Fasi della trascrizione Iniziazione fino alla sintesi del primo legame del RNA. Include il legame della RNA polimerasi al promotore, e quindi ai fattori di trascrizione (TF) e formazione di una corta regione di DNA in singolo filamento. Si forma quindi un Complesso di iniziazione della trascrizione, che si lega alle proteine attivatrici e alla regione “enhancer” del DNA, situate a migliaia di basi di distanza dall’inizio del gene da trascrivere. Allungamento la catena nucleotidica si allunga per l’aggiunta della subunità Terminazione termina la sintesi bloccando l’addizione delle subunità, e generalmente causando la dissoluzione dell’apparato di sintesi

Animazione della trascrizione http://www.dnalc.org/resources/3d/12-transcription-basic.html Transcript: What you are about to see is DNA's most extraordinary secret—how a simple code is turned into flesh and blood. It begins with a bundle of factors assembling at the start of a gene. A gene is simply a length of DNA instructions stretching away to the left. The assembled factors trigger the first phase of the process, reading off the information that will be needed to make the protein. Everything is ready to roll: three, two, one, GO! The blue molecule racing along the DNA is reading the gene. It's unzipping the double helix, and copying one of the two strands. The yellow chain snaking out of the top is a copy of the genetic message and it's made of a close chemical cousin of DNA called RNA. The building blocks to make the RNA enter through an intake hole. They are matched to the DNA - letter by letter - to copy the As, Cs, Ts and Gs of the gene. The only difference is that in the RNA copy, the letter T is replaced with a closely related building block known as "U". You are watching this process - called transcription - in real time. It's happening right now in almost every cell in your body.

Animazione della trascrizione - 2 http://www.dnalc.org/resources/3d/13-transcription-advanced.html Transcript: The Central Dogma of Molecular Biology: "DNA makes RNA makes protein" Here the process begins. Transcription factors assemble at a specific promoter region along the DNA. The length of DNA following the promoter is a gene and it contains the recipe for a protein. A mediator protein complex arrives carrying the enzyme RNA polymerase. It manoeuvres the RNA polymerase into place... inserting it with the help of other factors between the strands of the DNA double helix. The assembled collection of all these factors is referred to as the transcription initiation complex... and now it is ready to be activated. The initiation complex requires contact with activator proteins, which bind to specific sequences of DNA known as enhancer regions. These regions may be thousands of base pairs distant from the start of the gene. Contact between the activator proteins and the initiation-complex releases the copying mechanisM. The RNA polymerase unzips a small portion of the DNA helix exposing the bases on each strand. Only one of the strands is copied. It acts as a template for the synthesis of an RNA molecule which is assembled one sub-unit at a time by matching the DNA letter code on the template strand. The sub-units can be seen here entering the enzyme through its intake hole and they are joined together to form the long messenger RNA chain snaking out of the top.

L’iniziazione richiede un forte legame tra la RNA polimerasi solo con i promotori L’allungamento necessita invece che la RNA pol si leghi a tutte le sequenze che incontra durante la trascrizione Nei batteri il promotore è una breve sequenza consenso formata da: una purina localizzata nel punto di inizio, la sequenza TATAAT a –10 basi la sequenza a–35 basi

I geni interrotti: esoni e introni

I geni interrotti: lo splicing

spliceosoma

Animazione dello splicing http://www.dnalc.org/resources/animations Transcript: As DNA is transcribed into RNA it needs to be edited to remove non-coding regions, or introns, shown in green. This editing process is called splicing, which involves removing the introns, leaving only the yellow, protein-coding regions, called exons. RNA splicing begins with assembly of helper proteins at the intron/exon borders. These splicing factors act as beacons to guide small nuclear ribo proteins to form a splicing machine, called the spliceosome. The animation is showing this happening in real time. The spliceosome then brings the exons on either side of the intron very close together, ready to be cut. One end of the intron is cut and folded back on itself to join and form a loop. The spliceosome then cuts the RNA to release the loop and join the two exons together. The edited RNA and intron are released and the spliceosome disassembles. This process is repeated for every intron in the RNA. Numerous spliceosomes, shown here in purple, assemble along the RNA. Each spliceosome removes one intron, releasing the loop before disassembling. In this example, three introns are removed from the RNA to leave the complete instructions for a protein.

Molecole di RNA ribosomiale

Molecola di tRNA 1- braccio dell’amminoacido con la sequenza CCA all’estremità 3’ cui si lega l’amminoacido corrispondente al codone riconosciuto 2- braccio TψC 3- braccio dell’ anticodone complementare al codone di mRNA con la posizione wobble 4- braccio extra (variabile) 5- braccio D 6- estremità 5’

Se il tRNA contiene una Inosina nell’anticodone in wobble il tRNA può leggere codoni nel mRNA che hanno A, U oppure C nella terza posizione. Nella figura è rappresentato l’esempio della Glicina (Gly)

Il legame codone-anticodone uracile-adenina La “wobble” (tentenamento) è la terza posizione del codone. In questa posizione, le basi U e C possono essere letti come G nell’anticodone nel tRNA. Allo stesso modo, le A e le G possono essere lette come U o Y (pseudouridina) nell’anticodone.

Famiglie geniche: i geni della globina