Transcription
La trascrizione: il DNA all'interno del nucleo cellulare contiene tutte le informazioni necessarie alla cellula per sopravvivere e per coordinare la sintesi delle proteine. Le unità funzionali del codice genetico, chiamati geni, sovraintendono alla sintesi di uno o più polipeptidi in un processo chiamato espressione genica. Questo processo si suddivide in due tappe fondamentali: la trascrizione e la traduzione, che nelle cellule eucariote avvengono in posti diversi. Prima si ha la trascrizione nel nucleo, poi la traduzione nei ribosomi immersi nel citoplasma.
L'espressione genica è un trasferimento di informazioni che presenta due criticità differenti: alfabeti di comunicazione fra mittente (DNA) e destinatario (la creazione della proteina). Il DNA, per le sue dimensioni, non può uscire dal nucleo della cellula. Il secondo problema viene superato con la trascrizione: il trasferimento dell'informazione genetica dal DNA all'RNA, con la formazione di un filamento di RNA messaggero (mRNA) complementare al filamento di DNA. Questo filamento singolo può uscire dal nucleo e portare l'informazione fino ai ribosomi. Oltre all'mRNA, si possono formare anche tRNA (RNA transfer) e rRNA (RNA ribosomiale). tRNA e rRNA partecipano alla fase di traduzione, quando dall'mRNA si formano le proteine. Il primo problema viene superato in due tempi.
Le informazioni del DNA sono codificate con quattro basi azotate: timina (T), adenina (A), citosina (C), guanina (G), che nel DNA sono appaiate in modo obbligato (per gli impedimenti sterici) A con T e C con G, a formare una spirale a doppia elica. Il passaggio da DNA a mRNA è semplice perché condividono lo stesso alfabeto di quattro lettere: le quattro basi azotate. L'unica differenza è che nel filamento lineare dell'mRNA la timina è sostituita dall'uracile (U). Il passaggio da mRNA a proteine è più complesso, perché da un alfabeto di quattro singole lettere (le quattro basi) bisogna passare ad un insieme di 20 sillabe: i 20 amminoacidi. Questo passaggio è possibile perché il sistema di decodifica (il codice genetico) permette di abbinare tre basi consecutive (triplette o codoni) ad ogni amminoacido. Passando dalla combinazione di più lettere ad una singola sillaba, torniamo alla trascrizione, che avviene nel nucleo e che richiede uno dei due filamenti di DNA, detto stampo, RNA polimerasi (un enzima che srotola la parte di DNA interessata) e abbina i nucleotidi ribonucleici liberi complementari e li unisce fra loro a dare il filamento di RNA (nucleotidi trifosfato: ATP, GTP, CTP, UTP).
La trascrizione si svolge in quattro tappe:
Riconoscimento: ogni gene ha una sequenza che lo precede, chiamata promotore, e dà il via alla trascrizione. Il promotore possiede una sequenza di basi T e A, detta TATA box. Questa è la regione che facilita l'attacco della RNA polimerasi II, sulla quale la RNA polimerasi inizia ad aprire l'elica di DNA.
Inizio: si forma la bolla di trascrizione, che segna l'inizio del processo di trascrizione. Questa regione contiene la RNA polimerasi, il DNA e la molecola di RNA nascente.
Allungamento: durante questa fase, la RNA polimerasi sintetizza l'RNA a partire dal DNA in direzione 5'→3', quindi dal lato 5' al lato 3' del DNA. L'RNA polimerasi guida i nucleotidi di RNA sul filamento stampo secondo le regole della complementarietà, formando una molecola di RNA complementare al filamento di DNA. Il filamento di mRNA ottenuto è identico al filamento non trascritto, ma con l'uracile (U) al posto della timina (T).
Terminazione: in questa tappa, l'RNA polimerasi raggiunge la fine del gene da trascrivere, contrassegnata da una sequenza chiamata terminatore. Non aggiunge più nucleotidi, si stacca dal DNA ed è libera di catalizzare altre trascrizioni.