Espressione genica, processamento mRNA e traduzione proteica in eucarioti e procarioti

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Il professore vuole sottolineare nuovamente l'evento del processamento poiché è stato affrontato molto tempo fa e poiché questa porzione del corso non era compresa nell'eso- nero. Nel primo semestre è stato affrontato il percorso dell'espressione genica. Il gene si espri- me tramite una serie di passaggi che sono finemente controllati. Come questi passaggi sono controllati è un argo- mento che affronteremo tra poco.

Espressione Genica negli Eucarioti

In questa immagine si può osservare il percorso che abbiamo visto: Una trascrizione che è me- diata da elementi, ovvero promotori e enhancers, poi i fattori trascrizioni che danno luogo a un trascritto primario che è identico al DNA che viene trascritto. Questo nei procarioti è con- siderato pronto, mentre ne- gli eucarioti deve avvenire il processamento.

Nei procarioti trascrizione e traduzione coincidono nello stesso posto nello stesso momen- to, negli eucarioti invece abbiamo una serie di passaggi che si svolgono nel nucleo e poi il trascritto maturo esce dal nucleo.

Processamento dell'RNA

Processamento: passaggi come modifica al 5' con il capping e al 3' con la coda di poli A, ma soprattutto l'eliminazione di sequenze introniche grazie al fenomeno dello spli- cing. Gli introni e gli esoni sono diversi in numero e in lunghezza gene per gene.pone dela B-gicoina umane

Esoni e Introni

In questa immagine si vede la beta globina costituita da 3 esoni intervallati da 2 intro- ni. L'altra molecola è il gene del fattore VIII e ha una serie di esoni che arrivano a 26.

Splicing e Spliceosoma

Tutti gli introni vanno rimossi dallo splicing e questo meccanismo uti- lizza un complesso di ribonucleo- proteine che nell'insieme prende il nome di spliceosoma.

Le ribonucleoproteine che abbiamo visto sono 5: U1, U2, ... Si tratta di piccoli rna attorno ai quali si uniscono 4 o 5 proteine: l'in- sieme dà una funzione specifica.Le ribonucleoproteine si vanno a unire in maniera dinamica a formare la piattaforma di splicing : lo spliceo- soma.

Alcune ribonucleoproteine sono ne- cessarie al riconoscimento di se- quenze necessarie allo splicing, quindi presenti in tutti gli introni. La U1 ad esempio riconosce l'inizio dell'introne, mentre U2 una partico- lare Adenina che funzionerà da ac- cettore.

Questi argomenti saranno inclusi nel compito del secondo semestre.

Meccanismo dello Splicing

Considerando solo U1, U2 e U6, si noti come nella figura sovrastante sia rappresentato prima come una ribonucleoproteina entri e l'altra esca: U6 arriva quando U1 se ne va.un tratto di RNA & SARNP si acpas con le sequenze che segnalano lo splicing

Le ribonucleoproteine hanno un contenuto informazionale funzionale sia nelle proteine , sia negli rna. Basi presenti negli specifici rna riconoscono sia l'introne sia le altre rna con- tenute nelle altre ribonucleoproteine.

Molti meccanismi sono mediati da un riconoscimento di molecole di rna diverse: legami intermolecolari mediati dal solito concetto delle basi complementari.

Gli rna possono appaiarsi fra loro e nel farlo danno specificità di azione e di riconoscimen- to. La vita funziona perché le molecole interagiscono fra loro in maniera specifica.

Gli RNA vanno a svolgere la loro funzione grazie al legame a idrogeno intermolecolare. Ciò che è correttamente processato è riconosciuto dalla proteina rossa nell'immagine che funge da garanzia di un processo corretto.

Noi ci siamo interessati di splicing di trascritti di polimerasi 2 che diventeranno messagge- ri, ma anche i trascritti di polimerasi 1 sono processati e tagliati.

Anche i trascritti che codificano trna hanno alcuni introni che verranno rimossi.

Il concetto generale è che il trascritto viene processato, e se correttamente processato ac- quisisce segnali che permettono la sua uscita dal nucleo . I segnali sono il capping, le pro- teine che permettono la coda di poli A, la proteina rossa nell'immagine che riconosce solo gli RNA processati. Se tutto è corretto gli rna maturi sono in grado di uscire dal nucleo.

Il trascritto comincia dunque il suo percorso verso il citoplasma : per farlo deve superare dei nucelopori.Ciò che non è correttamente processato ha dei macchinari che lo distruggono in maniera specifica: turnover efficiente per tutti i trascritti che rimangono nel nucleo, è permesso riciclare i nucleotidi e renderli nucleotidi liberi da essere riutilizzati in nuove trascrizioni . A distruggere questi sarà un lisosoma nucleare.

Struttura di un mRNA

Il trascritto che esce dal nucleo, a valle del capping e prima della coda di poli A ha una se- quenza continua, che però distinguiamo in porzioni:

• 5' non tradotto
• a un certo punto ci sarà la sequenza di inizio della traduzio- ne AUG
• porzione centrale tradotta (=open Reading frame / ORF, ovvero la se- quenza che codifica per proteine), la qua- le avrà un segnale stop a valle del quale ci sarà un 3' UTR (untraslated reason). L'AUG non è all'inizio e la sequenza di stop non è alla fine, ma a un certo punto.

Esistono sequenze non traducibili prima e dopo la sequenza che va tradotta: queste se- quenze hanno funzione regolativa.

La struttura che ci immaginiamo è quella illustrata nell'immagine sopra, dove sappiamo che l'inizio e la fine del messaggio hanno proteine in grado di interagire fra di loro.

Gli rna hanno sempre conformazione, la conformazione del messaggero ce la immagi- niamo come un cerchio. È importante capire che il cap parla col poli A , il che permette fenomeni di regolazione, di capire quanto questo rna può vivere. Hanno infatti una vita media e un'emivita: questo periodo è funzionale a una regolazione genica. A un certo punto quantità di un certo rna deve essere limitata, altrimenti verrebbe tradotto troppo, quindi questi rna decadono.

Questi rna decadono tramite un accorciamento della coda di poli A.

Stiamo quindi parlando di espressione genica che vede trascrizione e traduzione di protei- ne se parliamo di messaggeri, ma esistono categorie di rna dove il prodotto finale è rna, quindi non traducibili che servono alla funzione cellulare: tRNA e rRNA sono RNA strumen- tali alla traduzione.

Esistono però altre categorie di trascritti, che verranno illustrati alla fine del corso, con fun- zione regolativa. Un gene è espresso quando è trascritto, se un gene codifica per un mes- saggero viene anche tradotto. La traduzione è associata a una categoria: i messaggeri Tutti i messaggeri che codificano per le proteine che ha la cellula sono il 5 per cento del- I'RNA totale.

Traduzione

L'informazione presente sul messaggero viene tradotta in una proteina. La parola tradu- zione è un salto di qualità enorme poiché permette il cambio di linguaggio: da nucleotidi a catene polipeptidiche. La corrispondenza del codice è garantita da fenomeni di specificità grazie all'azione dei tRNA.I tRNA sono in grado di riconoscere triplette nel messaggero. A una determinata tripletta corrisponde uno specifico amminoacido.

Fasi della Traduzione

Dobbiamo conoscere:

• inizio della traduzione (regole di ingaggio iniziale)
• allungamento (come gli amminoacidi si leghino per formare il polipeptide )
• terminazione (quali sono i segnali e perché interrompono la traduzione)

Vedremo differenze tra procarioti e eucarioti; queste differenze non possono definirsi so- stanziali perché abbiamo già definito che il codice genetico è quasi universale, e abbiamo osservato una visione evolutiva che dice che siamo tutti diramazioni di organismi ancestrali comuni. Queste differenze sono dunque più di dettaglio che di sostanza, e descrivono ciò che fanno i procarioti e gli eucarioti. Procario- te: organismo unicellulare batterico. Tutto il resto sono eucarioti (sia uni che pluri- cellulari)

I protagonisti della traduzione sono i riboso- mi, i messaggeri e il tRNA.

La diapositiva accanto descrive le dimensioni dei vari rna. E cerca di dare una visione spa- ziale.