Il Dogma della Biologia: Duplicazione, Trascrizione e Traduzione in Biologia

Il Dogma della Biologia: Duplicazione, Trascrizione e Traduzione

IL DOGMA DELLA BIOLOGIA: DUPLICAZIONE TRASCRIZIONE E TRADUZIONE Trascrizione (sintesi di RNA Traduzione (sintesi di proteine) Proteina RNA DNA Replicazione (sintesi di DNA)DI COSA PARLA IL DOGMA CENTRALE DELLA BIOLOGIA E QUALI DOMANDE SI PONE? Il dogma centrale della biologia afferma che il gene è un tratto di DNA contenente le informazioni per la produzione di una catena polipeptidica. Crick propose che dalla sequenza di DNA corrispondente a un gene strutturale si formasse una molecola complementare di RNA chiamata RNA messaggero. Il processo di sintesi del messaggero si chiama trascrizione. Crick suggerì che dovesse esistere un adattatore capace di legarsi in modo specifico a un amminoacido e riconoscere allo stesso tempo la sequenza di nucleotidi. Il dogma si pone due domande:

1. In che modo l'informazione passa dal nucleo al citoplasma?
2. In che rapporto una sequenza nucleotidica del DNA determina la sequenza amminoacidica di una proteina?

Flusso dell'Informazione Genetica: DNA-RNA-Proteine

DNA-RNA-PROTEINE Il flusso dell'informazione genetica è monodirezionale: parte dagli acidi nucleici per arrivare alle proteine, senza considerare un percorso inverso. Il termine «dogma» non era inteso in senso assoluto, ma piuttosto come una sorta di principio della biologia molecolare; il termine derivava da una personale interpretazione dell'ideatore della teoria, il premio Nobel per la medicina Francis Crick.

1. L'informazione genetica è conservata negli acidi nucleici DNA ed RNA (come in alcuni virus), che possono essere duplicati per la propagazione dell'informazione.
2. Il DNA, per essere espresso nella cellula, viene trascritto sotto forma di RNA. L'RNA, presente in alcuni virus come informazione genetica, può essere retrotrascritto in DNA.
3. L'RNA (se codificante) è tradotto in proteine, concepite come la forma operativa e terminale delle informazioni contenute nel genoma.

1 Proteine RNA DNA

Funzioni e Tipi di RNA

FUNZIONI E TIPI DI RNA L'RNA è un polinucleotide come il DNA, ma differisce per tre aspetti: è formato da un unico filamento, contiene lo zucchero ribosio al posto del desossiribosio e al posto della timina c'è l'uracile. Esistono tre tipi di RNA:

1. RNA messaggero (mRNA), è l'intermediario che copia le informazioni codificate nel DNA e le trasferisce nel citoplasma ; ha una struttura lineare.
2. RNA Transfer(tRNA), è l'adattatore che porta gli amminoacidi ai ribosomi e li colloca nella posizione corretta .; ha una struttura tridimensionale e complessa.
3. RNA ribosomiale ( rRNA) è uno dei costituenti dei ribosomi, quindi svolge un ruolo strutturale e funzionale.

Citosina C NH2 Guanina G 0 NH N NH2 Adenina A H2N N Uracile Basi azotate RNA Acido Ribonucleico

Processo di Duplicazione del DNA

PROCESSO DI DUPLICAZIONE DEL DNA La duplicazione del DNA avviene secondo un modello detto semiconservativo, secondo il quale la molecola si apre come una cerniera e ciascuno dei due filamenti funge da stampo per gli altri due filamenti complementari, perciò ciascuna delle due molecole figlie e costituita da un filamento vecchio e uno nuovo.

Fase di Inizio della Duplicazione

FASE DI INIZIO Nella prima tappa si ha la despiralizzazione del DNA per la rottura dei legami idrogeno. La duplicazione non parte dall'inizio del cromosoma ma in punti ben definiti, ricchi di A e T - più facili da separare perché tra queste basi ci sono solo due legami idrogeno -, detti punti di origine della duplicazione, e rappresentano segnali di attacco di una proteina iniziatrice, che ha il compito di tendere i due filamenti. La DNA elicasi si lega alla proteina iniziatrice e forza l'apertura della doppia elica, grazie all'energia fornita dall'ATP, rompendo i legami idrogeno tra le basi azotate. La topoisomerasi (DNA girasi nei Procarioti) impedisce il superavvolgimento del DNA. L'azione combinata di queste proteine consente l'apertura di una bolla di replicazione nei Procarioti - o più bolle contemporaneamente negli Eucarioti - formata da due forcelle di replicazione a forma di Y.

Seconda Fase: Allungamento del DNA

SECONDA FASE: L'ALLUNGAMENTO L'allungamento consiste nell'aggiunta progressiva di nucleotidi trifosfati complementari a quelli presenti nei due filamenti stampo di DNA, secondo le regole di appaiamento. I nucleotidi formano legami fosfodiesterici tre il gruppo ossidrile all'estremità 3' del filamento preesistente e il fosfato del nuovo nucleotide. L'energia è fornita dalla liberazione dei due gruppi fosfato. La formazione dei nuovi filamenti avviene nelle due direzioni a partire dall'origine della duplicazione. L'appaiamento corretto è reso possibile da una categoria di enzimi chiamate DNA polimerasi, che presentano due restrizioni:

• non possono far iniziare nuove catene, cioè quelle con una terminazione 5' libera, ma sono in grado aggiungere nucleotidi solo ad altri nucleotidi già correttamente appaiati.
• possono aggiungere nucleotidi solo all'estremità 3', dove è presente il gruppo -OH. Di conseguenza, l'allungamento del nuovo filamento può avvenire solo in direzione 5' -> 3';

La prima condizione è superata grazie all'enzima primasi, che crea una corta catena di una decina di nucleotidi di RNA funzionanti da innesco, o primer, e consentono alla DNA polimerasi di iniziare l'aggiunta di nucleotidi. Alla fine della duplicazione l'innesco è sostituito da DNA da una DNA polimerasi. I due filamenti del DNA sono antiparalleli perciò uno, detto guida (o anticipato, o veloce), si trova nella corretta direzione (5' -> 3') e la DNA polimerasi può procedere in modo continuo verso la forcella di replicazione, avendo bisogno di un solo innesco. Nel filamento 3' -> 5' (in ritardo o lento) la sintesi avviene a ritroso in pezzi detti frammenti di Okazaki, ciascuno dei quali richiede un innesco. I frammenti sono poi uniti da una ligasi dopo aver rimosso l'innesco e riempito la parte mancante, purché i monconi siano perfettamente adiacenti.

Immagine della Duplicazione del DNA

IMMAGINE DELLA DUPLICAZIONE Diropo per # lilanento velice LA DNA poèmelasi atunga ectrambi i lamenti I LA DNA elicasi svolge In doppia elica Friamento veloce 3 Filarevento lento ANA primer DINA parentale Proteine leganti Il ONA a singolo Stampo per il accessibile per la duplicazione La primasi sintetizza un primer

Processo di Trascrizione

Fase di Inizio della Trascrizione

PROCESSO DI TRASCRIZIONE FASE DI INIZIO Durante la trascrizione le molecole di RNA messaggero sono assemblate a partire da uno dei filamenti del DNA con il principio dell'appaiamento delle basi. Durante la trascrizione i nucleotidi liberi nel nucleo si aggiungono uno alla volta alla catena di RNAperdendo due gruppi fosfato. La molecola di mRNa complementare cosi prodotta è chiamata trascritto o pre-mRNA. Nei procarioti L'inizio della trascrizione avviene quando l'enzima RNA polimerasi si lega ad una specifica sequenza di DNA detta promotore situata in prossimità dell'estremità 5. I promotori forniscono all'enzima tre tipi di informazioni : da dove far partire la trascrizione, quale filamento di Dna trascrivere e in quale direzione procedere.

Fase di Allungamento della Trascrizione

FASE DI ALLUNGAMENTO Dopo che l'enzima si è legato al promotore, la doppia elica del Dna si apre e inizia una fase di allungamento. La RNA polimerasi si sospa in un'unica direzione lungo il filamento stampo del DNA (filamento antisenso) trascrivendo RNA in direzione 5-3. La composizione in basi della catena di RNA è complementare a quella del filamento stampo del DNA ed è uguale a quella del filamento codificante ( filamento senso). promotore TATAAAA regione di trascrizione promotore RNA polimeras TATAAAA regione di trascrizione O promotore TATAAAA regione di trascrizione RNA polimerasi

Terminazione della Trascrizione

TERMINAZIONE DELLA TRASCRIZIONE Giunta nel sito di terminazione, la RNA polimerasi non aggiunge più nucleotidi e il processo termina. Cosi come il promotore segna l'inizio della trascrizione, sul filamento stampo del Dna ci sono particolari sequenze di basi, chiamate terminatori, che ne stabiliscono la terminazione. La terminazione avviene quando si forma la forcina Promotore Terminatore Forcina di terminazione La terminazione è impedita quando la forcina non si può formare Promotore Terminatore La proteina si lega per bloccare la forcina

I Ribosomi e la Traduzione

I RIBOSOMI I ribosomi Sono il luogo dove avviene la traduzione e presentano una struttura complessa grazie alla quale sono in grado di assemblare una catena polipeptidica trattenendo nella giusta posizione I'mRNA e i tRNA carichi. Ogni ribosoma è cosituito da una subunità maggiore e una minore. Negli eucarioti, la subunità maggiore è composta da gtre diversi tipi di rRNA e da circa 45 proteine diverse , la subunità minore contiene una sola molecola di rRNA e 33 proteine diverse. Nei procarioti invece i ribosomi sono un po più piccoli e contngono proteine di ed RNA diversi ma anch'essi sono formati da due subunità. Sulla subunità maggiore del ribosoma si trovano tre siti di legame per tRNA. Un tRNA carico passa dall'uno all'altro seguendo un ordine preciso:

• Il sito A è dove l'anticodone del tRNA carico si lega al codone dell'mRNA, allineando l'amminoacido che va aggiunto alla catena polipeptidica in formazione.
• Il sito P è dove il tRNA cede il proprio amminoacido alla catena polipeptidica.
• Il sito E è dove viene a trovarsi ilo tRNA che ha ormai consegnato il proprio amminoacido.

Processo di Traduzione

Fase di Allungamento della Traduzione

PROCESSO DI TRADUZIONE FASE DI ALLUNGAMENTO All'inizio della fase di allungamento nel sito A libero entra un tRNA carico, il cui anticodone è complementare al secondo codone dell'mRNA, ne consegue che un nuovo amminoacido occupa il sito A del ribosoma. La subunità maggiore del ribosoma catalizza due reazioni:

• rompe il legame tra il tRNA nel sito P e l'amminoacido metionina
• catalizza la formazione di un legame peptidico tra la metionina e l'amminoacido legato al tRNA che si trova nel sito A.

Una vokta formato il legame peptidico, il ribosoma si sposta in modo che il primo tRNA venga a trovarsi nel sito E e possa essere liberato. IL secondo tRNA slitta nel sito P, mentre il ribosoma si sposta di un codone lungo I'mRNA in direzione 5 3. IL processo di allungamento continua in modo ripetitivo. 2. Fase di allungamento Allungamento Anbcodons ERNA In Ingresso Lau E A 000 ZANICHELLI 18

Fase di Terminazione della Traduzione

FASE DI TERMINAZIONE La terminazione si verifica quando il ribosoma incontra uno dei tre codoni di stop. Poiché non esistono tRNA con anticodoni corrispondenti a queste triplette, nel sito si inserisce una proteina detta fattore di rilascio. Nei procarioti trascrizione e traduzione sono simultanee, mentre negli eucarioti sono ben distinte. Sintesi proteica nucleo DNA RNA messaggero Catena di amminoacidi ribosoma RNA di trasporto SINTESI PROTEICA amminoacido 8