Secondo il “dogma centrale” della biologia molecolare , elaborato da Francis Harry Compton Crick l’informazione genetica “scorre” da un gene (DNA) attraverso il suo duplicato (RNA) in una proteina.

Tale processo detto ” sintesi proteica”, si articola in due fasi: la prima è la trascrizione del DNA nel nucleo e la seconda la traduzione in proteine nel citoplasma . Protagonisti sono i geni ,le sezioni di DNA che codificano per particolari proteine. I geni contengono specifiche sequenze di basi in gruppi di tre, chiamate triplette. Alcune triplette controllano dove inizia e finisce la trascrizione. Ma intervengono anche RNA messaggero e RNA di trasferimento.

La trascrizione

Le informazioni genetiche essenziali, strutturate in sequenze di nucleotidi , unite dai legami che si formano tra le basi azotate complementari , vengono trasmesse ad una molecola intermedia che trasporta il messaggio codificato del DNA dal nucleo al citoplasma, dove la proteina può essere prodotta. Questa molecola intermedia è chiamata RNA messaggero o mRNA. L’accoppiamento di basi complementari dell’RNA al DNA avviene esattamente nello stesso modo ,tra adenina (A) e timina (T), e tra citosina (C) e guanina (G), attraverso legami a 2 atomi di idrogeno ma con una eccezione: poiché l’RNA ha l’uracile (U) al posto della timina, ogni nucleotide adenina(A) viene trascritto con un nucleotide uracile(U) .

Fasi del processo :

In un primo momento il DNA viene decompresso dall’enzima RNA polimerasi e i due filamenti si srotolano e si separano. I nucleotidi liberi si posizionano lungo uno dei due filamenti.

L’ enzima l’RNA polimerasi assembla i nucleotidi liberi nelle posizioni corrette, secondo l’accoppiamento di basi complementari. Si forma il filamento codificante di DNA, che diventa il modello per la trascrizione. Quando l’enzima RNA polimerasi si unisce a particolari sequenze del DNA, chiamate promotori, e così si forma un singolo filamento di mRNA messaggero, molecola molto più corta del DNA perché è una copia di una sola sezione: un gene. L’mRNA si separa dal DNA e la doppia elica del DNA viene nuovamente compressa dalla RNA polimerasi. Una volta che una molecola di mRNA è stata trascritta, dopo aver subito delle modifiche strutturali importanti come l’eliminazione degli introni e la ricucitura degli esoni che codificano gli amminoacidi, si sposta attraverso i pori del nucleo fino al citoplasma dove può avvenire il processo di traduzione( Fig.17. 01).

La traduzione

Nei ribosomi, gli amminoacidi disponibili vengono attivati, combinandosi con brevi tratti di un diverso tipo di RNA, l’RNA di trasferimento (tRNA). È questo tRNA che traduce l’informazione dell’RNA, grazie ad una tripletta di nucleotidi, posta alla sua estremità, chiamata anticodone, che si lega al codone del RNA messaggero secondo la regola dell’appaiamento delle basi. All’estremità opposta della molecola di tRNA è legato l’amminoacido che corrisponde a quel codone. Questo anticodone è complementare al codone dell’mRNA che codifica per l’amminoacido specifico. L’amminoacido si attacca al suo tRNA attivato in una reazione che richiede anche ATP (Figura 17.02).

A causa dell’accoppiamento di basi complementari, la sequenza di basi lungo la molecola di mRNA corrisponde alla sequenza sulla molecola di DNA originale. Ogni sequenza di tre basi, detta tripletta, corrisponde a uno specifico amminoacido; quindi, l’ordine di queste triplette determina come gli amminoacidi saranno assemblati in catene polipeptidiche nel citoplasma.   Una catena proteica viene assemblata, un amminoacido alla volta, nei ribosomi. I ribosomi formati da proteine unite a rRNA ribosomiale, fungono da addensatori: per ogni codone dell’mRNA, si inserisce l’anticodone complementare del complesso tRNA-amminoacido , che è temporaneamente tenuto in posizione da legami idrogeno. Mentre sono lì, gli amminoacidi dei vicini complessi tRNAamminoacidi sono uniti da un legame peptidico. Questo libera il primo tRNA che ritorna nel citoplasma per essere riutilizzato. Fatto ciò, il ribosoma passa al successivo codone dell’mRNA. Il processo continua fino a quando un ribosoma incontra un codone di “stop.”

I codoni dell’mRNA che codificano per ciascun amminoacido sono mostrati nella Tabella.9 Da questa tabella dovresti essere in grado di dedurre quale amminoacido corrisponde a qualsiasi codone.

Quando due molecole di tRNA sono in posizione sul ribosoma, si forma un legame peptidico tra i due amminoacidi che portano per formare un dipeptide. Una volta formato un dipeptide, la prima molecola di tRNA si stacca sia dall’amminoacido che dal ribosoma. Il ribosoma si sposta lungo l’mRNA da una tripletta al codone successivo. Questi processi vengono ripetuti più e più volte fino alla formazione del polipeptide completo. Il codone finale che viene raggiunto è un codone di “stop”, che non codifica per un amminoacido ma dice al ribosoma di staccarsi dall’mRNA. Mentre lo fa, il polipeptide galleggia.

Il codice genetico è detto universale perché tutti gli organismi viventi condividono lo stesso codice genetico, con solo poche variazioni minori, dovute a mutazioni avvenute nel corso di milioni di anni di evoluzione. Tutta la vita – dalle piante e dagli animali ai batteri e ai funghi fa affidamento sugli stessi 64 codoni per portare le istruzioni biologiche per i loro corpi. Ciò che varia da un organismo all’altro non è la struttura del codice o il modo in cui viene tradotto, ma i singoli geni che sono formati da tratti di DNA.

Per mantenere in relazione la sequenza dell’mRNA con gli amminoacidi che compongono le proteine occorre un codice genetico. Esso specifica l’amminoacido da utilizzare di volta in volta per costruire una proteina. L’informazione contenuta nell’mRNA si basa su una unità di codice, chiamata codone, formata da 3 lettere, che individua un particolare amminoacido, formato dalle basi uracile(U), citosina (C), adenina(A) e guanina(G). Si dice che il codice genetico responsabile della produzione di polipeptidi in tutti gli organismi sia “universale”. Ciò significa che i codoni dell’mRNA (mostrati nella Tabella 17.01) utilizzati dai batteri sono esattamente gli stessi utilizzati nell’uomo o in qualsiasi altra specie. Un gene di una specie può essere trasferito in un’altra per creare un organismo transgenico, che trascriverà e tradurrà il gene inserito. I microrganismi transgenici sono usati come “biofabbriche” per produrre proteine umane. Ad esempio, i batteri transgenici vengono utilizzati per produrre una gamma di proteine medicinali, tra cui l’insulina e gli ormoni della crescita.

Ipotesi “Un gene, un polipeptide” Negli anni ’40, gli scienziati proposero che ciascun gene fosse responsabile della produzione di una proteina. Successivamente, l’ipotesi è stata modificata per affermare che un gene produce un polipeptide, quando si è scoperto che alcune proteine sono composte da più di una subunità polipeptidica e che ogni subunità è codificata dal proprio gene specifico. Un esempio di ciò è l’emoglobina, che è composta da due paia di subunità ed è codificata da due geni. Oggi è generalmente accettato che ogni gene codifichi per un singolo polipeptide, ma che ci siano alcune eccezioni alla regola. Ad esempio, alcune sequenze di DNA agiscono come regolatori per l’espressione di altri geni e non vengono trascritte o tradotte esse stesse. Altri codificano per mRNA  Più recentemente, i ricercatori hanno scoperto che alcuni geni codificano per singoli filamenti di mRNA che vengono poi modificati nel citoplasma. Le variazioni nelle modifiche possono portare alla produzione di diversi polipeptidi quando l’mRNA viene tradotto. Ad esempio, quando vengono prodotti gli anticorpi, i linfociti uniscono insieme sezioni di RNA in modi diversi per creare una gamma di proteine anticorpali. In alcune cellule esiste un’espressione differenziale di alcuni geni, influenzata dal tipo di tessuto in cui si trovano le cellule. Un esempio di ciò è l’espressione di geni che producono i fattori di crescita simili all’insulina (IGF-1 e IGF-2) nel fegato. L’RNA di trasferimento (tRNA) è un singolo filamento di RNA ripiegato a forma di “foglia di trifoglio”. All’interno della molecola, le sezioni sono legate insieme da un accoppiamento di basi complementari, ma un’area particolare è esposta per rivelare una tripletta di basi chiamata anticodone. Questa tripletta corrisponde a uno dei codoni trovati nell’mRNA. All’estremità opposta della molecola di tRNA c’è un sito di legame per un amminoacido, che corrisponde al codone sull’mRNA che corrisponde all’anticodone del tRNA.( Fig.17.03).