RNA: funzioni, tipologie e struttura, con focus sul tRNA

L'RNA: Funzioni e Struttura

R R TL'RNA (acido ribonucleico) è l'unica biomolecola che possiede funzioni sia d'informazione sia catalitiche, inducendo a pensare che possa essere stato proprio lui l'intermedio chimico per lo sviluppo della vita sulla Terra. Con la sola eccezione dei genomi a RNA di alcuni virus, tutte le molecole di RNA hanno origine in un processo denominato trascrizione.

Tipologie di RNA nelle Cellule Eucarioti

All'interno delle cellule eucarioti esistono tre tipologie di RNA.LE TRE TIPOLOGIE DI RNA

• RNA messaggero (mRNA): trasporta dal nucleo al citoplasma il codice genetico che codifica la sequenza degli amminoacidi nelle proteine (specificate da un gene o da un complesso genetico presente sui cromosomi).
• RNA transfert (tRNA): funge da adattatore che legge l'informazione codificata dall'mRNA e trasferisce l'appropriato amminoacido alla catena polipeptidica nascente durante al sintesi proteica.
• RNA ribosomiale (rRNA): si associa a proteine per tenere unite le due subunità del ribosoma al momento della sintesi proteica.

Struttura del tRNA

Delle tre tipologie di RNA appena descritte, la più complessa il tRNA: esso infatti presenta una forma a quadrifoglio (e non lineare come gli altri due), determinante e fondamentale per il suo funzionamento: l'RNA transfert infatti è costituito da regioni spaiate formanti anse: di queste, la più importante è l'ansa centrale (II) in quanto è quella portante l'anticodone (tripletta nucleotidica che riconosce i codoni presenti sull'mRNA e stabilisce quindi quale amminoacido deve essere inserito in una determinata posizione sulla proteina nascente). Un'altra regione di estrema importanza è l'estremità 3': qui infatti si localizza l'amminoacido; su ogni molecola di tRNA sarà dunque presente soltanto un determinato amminoacido, ossia quello basato sulla sequenza dell'anticodone.Ansa [V Estremità 59 A C C Estremità 39 (dove si lega l'aminoacido) Ansa III Ansa 1 Ansa dell'anticodone (ansa 11) 3' sito di legame dell'amminoacido 5' G C 1 - C C G G C U U G C GMe AGGCC G G G CCCC UCCGG C C G A D A GMe2 U C C 1111 0 U II IMe 1 C G anticodone IV D 1 C GGGG T GD A AU U - G 1 U -<- 0-0-0

Processo di Trascrizione

TRASCRIZIONELa replicazione del DNA e la trascrizione dell'RNA differiscono per un aspetto fondamentale: durante la replicazione l'intero genoma della cellula viene replicato per dare origine a due DNA figli identici in tutto e per tutto a quello parentale; al contrario, la trascrizione è selettiva, ossia soltanto alcuni geni vengono trascritti in ogni data circostanza e alcuni segmenti di DNA non verranno mai trascritti. Questo processo si può suddividere in tre tappe:

• INIZIO: vengono selezionati i geni, le proteine e gli enzimi necessari;
• ALLUNGAMENTO: sintesi dell'RNA messaggero;
• TERMINE: viene identificata la sequenza di termine e il processo si arresta.

Fase di Inizio della Trascrizione

INIZIO Riavvolgimento della doppia elica del DNA Filamento complementare 5' Promotore 3' Filamento stampo RNA polimerasi Svolgimento della doppia elica del DNA 3' 5'

Fase di Allungamento della Trascrizione

ALLUNGAMENTO 5' 3' 2. La RNA polimerasi si sposta lungo il filamento stampo del DNA, producendo il trascritto di RNA aggiungendo nucleotidi sull'estremità 3' DNA in uscita 5 Direzione della trascrizione 3' 5'

Fase di Terminazione della Trascrizione

TERMINAZIONE Ribonucleosidi trifosfato (ATP, UTP, CTP, GTP) 3. Quando la RNA polimerasi raggiunge il sito di terminazione, il trascritto di RNA si stacca dallo stampo. 3' 5' RNA 1. La RNA polimerasi si lega al promotore e comincia ad aprire i due filamenti del DNA. Sito d'inizio Sito di terminazione Trascritto di RNA in uscita

Modificazioni Post-Trascrizionali dell'mRNA

Durante la fase di inizio avviene inizialmente la decondensazione della cromatina nelle zone del DNA da trascrivere, dopodiché viene attivata la RNA polimerasi, la quale copierà dal DNA l'esatta sequenza dei nucleotidi per formare il filamento di RNA. Anche in questo caso si forma una bolla di trascrizione nella quale si va a posizionare la RNA polimerasi, la quale a sua volta scorrerà lungo il filamento stampo del DNA per copiare l'esatta sequenza nucleotidica e trascrivere così il filamento di RNA. Questo processo va avanti così fino all'identificazione della sequenza terminatrice. Abbiamo in questo modo ottenuto un filamento di RNA messaggero detto precursore, in quanto non è ancora maturo e funzionale (dal momento che contiene ancora gli introni); a questo punto avvengono le tre modificazioni post-trascrizionali, la cui finalità è quella di rimuovere gli introni e rendere l'mRNA invulnerabile alla degradazione enzimatica (ossia di renderlo maturo e funzionale).MODIFICAZIONI POST-TRASCRIZIONALI

• CAPPING IN 5': viene aggiunta una molecola di 7-metilguanosina all'estremità 5' del filamento di mRNA, ciò è fondamentale per far avvenire l'attacco dell'mRNA al ribosoma.
• POLIADENILAZIONE IN 3': viene aggiunta una coda di numerose molecole di adenina, l'una in fila all'altra, detta "coda di poli A", all'estremità 3' del filamento di mRNA. per Generalmente vengono aggiunte dalle 50 alle 250 molecole di adenina; la coda di poli A è fondamentale la stabilizzazione del filamento di mRNA: più lunga è, più stabile sarà il filamento di mRNA. La coda ha anche un'altra importante funzione, ossia impedire la degradazione dell'mRNA, in quanto esso può essere usato in più di un ciclo di traduzione proteica.
• SPLICING: rimozione degli introni: gli introni di solito possiedono una sequenza di inizio detta "GU" (in 5') ed una sequenza finale detta "AG" (in 3'); l'introne viene "tagliato" a livello di GU, dopodiché esso si ripiega su se stesso originando una struttura a laccio e a questo punto viene tagliato anche a livello della sequenza AG. Gli esoni vengono così saldati tra di loro, infine l'introne viene isolato, allontanato dall'mRNA e degradato. Il meccanismo di Splicing è schematizzato di seguito: a) Trascritto iniziale di mRNA (pre-mANA) 5' Esone 1 GU Introne YNCURAY AG Esone 2 3º Sequenza del punto di ramificazione Taglio alla giunzione esone-introne in 59 e formazione della struttura a laccio Struttura a laccio b) Punto di ramificazione 5' Esone 1 OH 3' YNCUR DGU Y AG Esone 2 3' L Sequenza del punto di ramificazione Taglio alla giunzione esone-introne in 39 e unione dei due esoni c) P GU YNCURAY AG 5' Leona 1 Econo 5

Splicing Alternativo

A volte può anche avvenire uno Splicing detto alternativo: in questi casi possono o rimanere presenti alcuni introni, oppure possono essere rimossi alcuni esoni; questo particolare tipo di Splicing è estremamente importante in quanto permette di avere proteine differenti, pur partendo dallo stesso filamento di mRNA, le quali ovviamente pur essendo molto simili avranno tuttavia funzioni differenti.

Schema Riassuntivo delle Fasi della Trascrizione

SCHEMA RIASSUNTIVO DELLE FASI DELLA TRASCRIZIONE

1. Selezione della sequenza da trascrivere,
2. Formazione delle bolle di trascrizione nella zone del DNA da trascrivere,
3. Attacco della RNA polimerasi nella bolla di trascrizione,
4. Sintesi del filamento di RNA dal filamento stampo (DNA) in direzione 5' 3', ,
5. Identificazione della sequenza terminatrice e fine della trascrizione (RNA messaggero precursore),
6. Modificazioni post-trascrizionali (Capping in 5', Poliadenilazione in 3', Splicing) e formazione dell' mRNA maturo e funzionale.

Punti di Controllo della Trascrizione

PUNTI DI CONTROLLO DELLA TRASCRIZIONE Non necessariamente tutti gli mRNA trascritti saranno poi effettivamente tradotti in proteine; il fondamentale punto di controllo della trascrizione è a livello post-trascrizionale: un filamento di mRNA viene tradotto soltanto se presenta il cappuccio in 5', la coda di poli A in 3' e se è avvenuto correttamente lo Splicing. Rappresentano un altro importante punto di controllo gli stessi pori della membrana nucleare: se un filamento di mRNA non è stato trascritto correttamente, esso difficilmente sarà in grado di passare attraverso i pori nucleari e se ciò non avviene il filamento non potrà raggiungere il citoplasma e, di conseguenza, non sarà tradotto. Il differenziamento cellulare è proprio regolato grazie al controllo trascrizionale e post-trascrizionale ed essi stanno anche alla base dello sviluppo embrionale.

Trascrizione nei Procarioti

E NEI PROCARIOTI ...?? Nei procarioti non sono presenti gli introni e quindi tutti i geni trascritti sono poi effettivamente tradotti, anzi in questi organismi la trascrizione può avvenire contemporaneamente alla traduzione dal momento che entrambe avvengono nel citoplasma, in quanto la cellula procariote non presenta compartimentazione nucleare. Si può dunque affermare che nei procarioti è favorita la velocità con cui si ha la risposta, mentre negli eucarioti è favorita invece la qualità e la precisione della risposta, dal momento che ogni tappa possiede i suoi punti di controllo.