Trascrizione DNA-RNA e esperimenti su Neurospora-7

Sintesi del DNA al RNA: trascrizione e origine della vita

• La trascrizione è il processo di sintesi dell'RNA utilizzando il DNA come stampo
• L'RNA e l'origine della vita sono correlati, perché l'RNA può svolgere funzioni sia strutturali che enzimatiche
• Esperimenti di Beadle e Tatum (1940) dimostrarono una correlazione tra geni ed enzimi, supportando l'idea di un gene che codifica un enzima.

Esperimenti con Neurospora crassa

• Gli esperimenti con la muffa Neurospora crassa furono importanti per stabilire il meccanismo attraverso il quale la mutazione di un gene causa un cambiamento nella sequenza aminoacidica di una proteina
• Nel corso degli esperimenti su Neurospora crassa, gli scienziati individuarono particolari ceppa di Neurospora crassa incapaci di crescere in un terreno minimo, ma in grado di farlo se arricchito con specifici aminoacidi e vitamine

Anemia falciforme

• A partire dal lavoro di Linus Pauling, possiamo dire che la mutazione puntiforme in una proteina può dare origine ad una malattia genetica, come ad esempio l'anemia falciforme
• 2 catene alfa (141 aa), 2 catene beta (146 aa), che sono componenti dell'emoglobina

DNA come materiale ereditario

• Il DNA è il materiale ereditario: esperimenti con il batteriofago T2, la trasformazione pneumococcica.
• Il DNA si riproduce in modo semiconservativo. Sono state definite le basi della struttura del DNA, che sono equimolari. Il DNA si replica in modo semiconservativo

Struttura e funzione dei geni

• Il DNA può essere suddiviso in unità funzionali, chiamate geni, ciascuna responsabile della produzione di una proteina (o RNA)
• Un cromosoma contiene una schiera di geni disposti in sequenza lineare

Dogma centrale della biologia molecolare

• L'informazione genetica scorre dal DNA all'RNA (trascrizione), poi alle proteine (traduzione).
• Crick propose che l'informazione genetica scorre solo in un'unica direzione, dal DNA all'RNA e alle proteine
• Le informazioni sono conservate nel DNA e usate per costruire l'organismo

L'informazione nei geni

• L'informazione all'interno della doppia elica del DNA è organizzata in modo unitario in tratti definiti, chiamati geni, ciascuno responsabile della codifica per una particolare proteina
• I geni diversi sono trascritti con frequenze differenti nei vari tessuti, producendo quantità differenti di proteine.

Differenza tra DNA e RNA

• Lo zucchero nel DNA è il desossiribosio, mentre nello RNA è il ribosio
• La base azotata timina (T) nel DNA è sostituita dall'uracile (U) nell'RNA
• Queste differenze strutturali comportano diverse proprietà funzionali e metaboliche per il DNA e l'RNA

La trascrizione: processo dettagliato

• Il processo di sintesi di RNA, usando il DNA come stampo, è molto simile alla replicazione del DNA, nel quale i nucleotidi trifosfati (A, U, C, G) portano energie ad alta energia per la formazione di nuovi legami fosfodiesteri.
• La catena di RNA viene staccata dal DNA stampo prima del completamento, a differenza della replicazione
• La catena di RNA (i trascritti) è molto più corta delle catene di DNA

Tipi di RNA

• Ci sono diversi tipi di RNA, ognuno con funzioni specifiche: mRNA (messaggero), rRNA (ribosomale), tRNA (di trasporto) e altri piccoli RNA.
• I tipi di RNA svolgono ruoli diversi nelle varie reazioni cellulari e nei processi biochimici
• Ad esempio, l'RNA ribosomiale (rRNA) costituisce il nucleo dei ribosomi, complessi proteici che sintetizzano le proteine

Maturazione dell'RNA

• Gli RNA vengono modificati dopo la trascrizione per assumere forme funzionali
• Questa maturazione implica processi come taglio, modificazione o aggiunta di sequenze.
• La maturazione e l’elaborazione degli mRNA negli eucarioti differisco da quelli nei procarioti

Trascrizione negli eucarioti

• La trascrizione negli eucarioti è più complessa, con più tipi di RNA polimerasi nel controllo.
• La trascrizione avviene nel nucleo, nel citoplasma per la traduzione.
• Negli eucarioti i fattori di trascrizione si legano a specifiche sequenze e si staccano man mano che la trascrizione avviene.

Trascrizione nei procarioti

• I procarioti possiedono un solo tipo di RNA polimerasi
• I fattori di trascrizione si legano vicino al sito d’inizio della trascrizione e si staccano dopo circa 10 nucleotidi

Splicing dell’mRNA

• Gli introni sono regioni non-codificanti che vengono rimosse tramite splicing
• L'editing dell’RNA è un processo complesso che impatta sull’informazione genetica

Splicing alternativo

• Lo splicing alternativo permette che da un singolo trascritto primario possano derivare più versioni di proteine differenti.
• Lo splicing alternativo è strettamente correlato alla complessità dei geni negli eucarioti

L’origine della vita a base di RNA

• L'RNA può avere svolto un ruolo cruciale nell'origine della vita, prima del DNA
• L'RNA è una molecola più semplice che porta le informazioni e che svolge funzioni catalitiche, come ad esempio nei ribosomi ed enzimi
• Le proteine con più gruppi funzionali sono probabilmente comparse successivamente, prendendo il posto dell'RNA come molecole attive per i processi cataliticali.
• Questo è supportato dalla scoperta delle ribozimi,RNA che svolgono funzioni enzimatiche