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I vari tipi di RNA e le eccezioni del Dogma Centrale

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di Sergio Barocci

RNA

Struttura e Funzioni

L’RNA (acido ribonucleico), rispetto al DNA, presenta 2 principali differenze:
     1)   Lo zucchero è il ribosio;
     2)   Al posto della timina c’è l’uracile (base pirimidinica) che si lega con l’adenina (base purinica).

Promemoria definizioni:
Nucleoside = base + zucchero    |    Nucleotide = base + zucchero + fosfato

Si conoscono tre tipi di RNA:
• l’RNA messaggero (mRNA): trasferisce le informazioni dal DNA localizzato nel nucleo al citoplasma dove avviene la sintesi proteica;
• l’RNA transfer (tRNA): recluta gli aminoacidi per inserirli nella proteina neosintetizzata che viene composta durante la sintesi proteica;
• l’RNA ribosomiale (rRNA): costituente principale dei ribosomi.

mRNA | tRNA | rRNA

mRNA tRNA rRNA

I ribosomi sono i componenti essenziali nella sintesi proteica.  Sono organelli cellulari costituiti da rRNA e proteine e sono formati da una subunità piccola 40S (“S” è l’unità di misura indicante la velocità di sedimentazione) e una subunità grande da 60S, che si possono unire per formare un unico complesso ad alto peso molecolare da 80S.
La subunità grande contiene gli rRNA 28S, 5.8S e 5S oltre a circa 50 proteine, mentre la subunità piccola contiene l’rRNA 18S e circa 30 proteine.
L’RNA o acido ribonucleico è un altro biopolimero presente negli organismi viventi.  A differenza del DNA, è presente molto spesso a singolo filamento, ssRNA (single stranded), piuttosto che nella forma ds RNA (double stranded).
Per quanto riguarda la struttura molecolare ha il ribosio come zucchero pentoso e l’uracile come base equivalente alla timina del DNA. La sua formazione avviene a partire dalla sintesi di molecole di DNA, attraverso un processo denominato trascrizione. Fino alla fine degli anni ’90 era consolidata l’idea che l’unica funzione dell’RNA fosse quella di tradurre l’informazione presente nel DNA e codificare le proteine: gli RNA conosciuti erano perciò mRNA, rRNA e tRNA.
Tuttavia si scoprì che molti tipi di RNA, soprattutto quelli in filamenti brevi, avevano funzione di silenziamento genico e regolazione; questo diede una risposta anche ai quesiti sulla funzione degli introni.

sintesi proteica ribosomiale

sintesi proteica ribosomiale


mRNA

RNA messaggero (mRNA)

RNA messaggero (mRNA)

L’mRNA, o RNA messaggero è il principale responsabile della codifica del DNA in proteine, poiché contiene l’informazione genetica trascritta del DNA. Questo processo di trascrizione, portato avanti dall’enzima RNA polimerasi II, avviene per mezzo di triplette di basi, i codoni (43 = 64 in tutto), che codificano per gli amminoacidi; siccome il codice è degenere, alcune triplette formano lo stesso amminoacido. I codoni vengono poi letti dai ribosomi, vere e proprie macchine catalitiche che eseguono il processo di sintesi proteica . In realtà negli organismi eucarioti si ha un passaggio intermedio, poiché il DNA viene prima trascritto in pre-mRNA, che è esattamente identico al DNA. Quindi per giungere all’RNA maturo sono necessari altri processi, di cui il principale è lo splicing; quest’ultimo serve tagliare e cucire il filamento, rimuovendo le sequenze introniche, in modo da mantenere solo la parte di RNA codificante.

 

tRNA

Questo tipo di RNA trasferisce un amminoacido specifico ad una catena polipeptidica in crescita nel sito ribosomiale in cui avviene la sintesi proteica durante il processo di traduzione, cioè assembla i vari amminoacidi per formare le proteine.

tRNANella cellula esistono molte molecole differenti di tRNA, ognuna con una specifica funzione. Tutti i tRNA possiedono una forma sostanzialmente simile, ma ognuno di essi è unico: in forma bidimensionale (a) sono rappresentati come molecole a quadrifoglio con basi complementari unite con legami a H ad altre basi della stessa catena. In forma tridimensionale (b) hanno la forma di una L.
E’ piuttosto corto, dato che è formato da 74-93 nucleotidi e possiede un sito di attacco, l’anticodone, formato da tre nucleotidi, che consente il legame con il tripletto complementare dell’mRNA, permettendone quindi il trasporto. L’enzima che ne avvia la trascrizione, diversamente dall’mRNA, è la RNA polimerasi III.
rRNA

L’RNA ribosomiale è la tipologia più abbondante di RNA presente nella cellula. Essendo il componente essenziale (circa i due terzi) dei ribosomi, la sua funzione è quella di favorire l’assemblaggio delle proteine stesse. Perciò ha un ruolo di interazione con il tRNA durante la sintesi proteica. Una sua caratteristica peculiare è di essere il materiale genetico più conservato, cioè che ha subito meno modificazioni nel corso dell’evoluzione, e quindi viene spesso usato per identificare il gruppo tassonomico di appartenenza di un dato organismo.
I principali “nuovi” tipi di RNA sono i micro RNA (miRNA) e gli short interfering RNA (siRNA). Entrambi rivestono un ruolo fondamentale nella RNA interference.

flusso di informazioni secondo il dogma centrale della biologia molecolare

flusso di informazioni secondo il dogma centrale della biologia molecolare


Il dogma della biologia molecolare
e il suo superamento

• Il DNA è il portatore dell’informazione genetica
• Il processo di replicazione crea nuove copie di DNA
• Il processo della trascrizione crea RNA usando le informazioni del DNA
• Il processo della traduzione crea proteine usando le informazioni dell’RNA

Eccezioni al dogma centrale

Quando, nel 1958, Francis Crick provò a spiegare il flusso dell’informazione genetica, propose un modello che può essere sostanzialmente sintetizzato con la frase “il DNA, fa l’RNA, che fa le proteine”. Questa affermazione è la base di una concezione della funzionalit à degli acidi nucleici, che viene conosciuta col nome Dogma Centrale della biologia molecolare anche se Crick non lo riteneva affatto un dogma, quanto piuttosto una semplice ipotesi; inizialmente, però, i biologi fecero di questa ipotesi una verità fondamentale.

dogma centrale della biologia molecolareIn realtà quello che Crick non ammetteva non era il processo di tipo inverso tra RNA e DNA, ma solo la trasmissione di informazioni dalle proteine a uno dei due acidi nucleici. Come già accennato, quindi, si riteneva che l’unica funzione dell’RNA fosse quella di tramite fra DNA e proteine, con differenze di compiti tra i tre tipi di RNA sopracitati.
In realtà si scoprirono (e si stanno scoprendo tutt’ora) diverse varianti a questa teoria, come nel caso dei retrovirus, che conservano nell’RNA le proprie informazioni, e alcune contraddizioni. Già dai primi anni ’90 furono rilevate negli eucarioti le prime discrepanze dal modello, grazie a studi condotti sul verme Caenorhabditis elegans, tuttavia le differenze erano considerate solo come casi particolari. Il punto di svolta si ebbe nel 2001, con la scoperta di un gran numero di microRNA, la quale ha permesso di rivoluzionare la concezione dell’RNA, con studi che si sono fatti sempre più frequenti.  Un altro esempio di discostamento dal dogma classico può essere la metilazione del DNA – l’aggiunta di un gruppo CH3 – le cui variazioni producono cambiamenti significativi nell’espressione genica, senza tuttavia causare cambiamenti nella sequenza di codice. Queste problematiche rientrano all’interno di una classe più ampia, quella dell’epigenetica, che tratta appunto delle modificazioni dell’espressione genica prodotte dall’ambiente: in termini più tecnici si può dire che viene variato il fenotipo senza che avvengano modificazioni a livello del genotipo. Dunque il fenotipo della cellula, non è determinato dal solo codice genetico, quanto piuttosto da una sovrapposizione fra quest’ultimo e un fattore dovuto alle interazioni con l’esterno. Le modifiche epigenetiche durano per tutto l’arco della vita di una cellula e sono ereditabili, sempre senza che la sequenza di DNA venga mutata. Fra i vari meccanismi epigenetici possiamo trovare appunto la metilazione, ma anche modificazioni della cromatina e degli istoni, varianti ai fattori di trascrizione, nonché il silenziamento e il pathway dell’RNA interference, che meritano un discorso a parte, essendo il punto centrale di questo lavoro.

dinamica epigenetica di base

dinamica epigenetica di base

1. Marcatori epigenetici, come i profili di metilazione del DNA e alcune modifiche chimiche degli istoni, possono essere ereditati e forniscono informazioni al di là delle sequenze del DNA;

2. retrovirus usano la trascrittasi inversa per replicare il loro genoma;

3. RNA virus;

4. Prione, agente infettivo di natura proteica che si comporta come un tratto ereditario, sebbene non contenga acido nucleico (eredità epigenetica). Eʼresponsabile della scrapie e BSE (mucca pazza);

5. mRNA introns (splicing), RNA editing, Ribozimi: RNA enzimi, RNA interference (RNAi), struttura del macchinario della trascrizione negli eucarioti , struttura e funzione dei ribosomi.

Le ultime ricerche hanno portato alla scoperta di altri tipi di RNA . Infatti, mRNA, rRNA e tRNA non sono gli unici tipi di RNA esistenti ma ve ne sono altri detti ncRNA (non coding RNA) o RNA non codificanti per proteine.
Quelli sinora identificati sono rappresentati da asRNA, lncRNA, lincRNA, microRNA, piwi-interacting RNA (o piRNA), shRNA,siRNA, snRNA, snoRNA e forse altri ancora


Riferimenti bibliografici

1.   J. Watson et al : Biologia Molecolare del Gene VI Edizione – Zanichelli
2.   F. Amaldi et al : Biologia Molecolare – Casa Editrice Ambrosiana
3.   B. Lewin et al: Il Gene II edizione compatta – Zanichelli

 

Una risposta a I vari tipi di RNA e le eccezioni del Dogma Centrale

  • paolo manzelli scrive:

    Il DNA e’ una antenna ricetrasmittente che risponde alla informazione epigenetica.

    http://www.edscuola.it/archivio/lre/dna_come_antenna_biologica.htm;http://www.edscuola.it/archivio/lre/dna_come_antenna_biologica.htm;

    La relazione tra Genetica ed Epigenetica è essenziale per interpretetare capacità di plasmazione reciproca tra forma e funzione che genera la biodiversita del sistema vivente e l’ ambiente naturale e culturale in cui si esprime la vita.
    Il DNA come antenna agisce selezionando le informazione epigenetica derivante dall’ambiente nel quale percepisce e agisce e trasformando ad
    un tempo continuamente se stesso con azioni di silenziamento deel proprie potenzialita di espressione.

    La informazione epigenetica crea effetti di risonanza che vanno a dipendere non solo dalla composizione e sequenza delle basi ma dalla loro torsione variabile in quanto il DNA e simile ad un cristallo assimmetrico e pertanto possiede propieta piezo-elettriche, cosi che la torsione determina emissione di frequenze risonanti ( fononi= Campi acustici, e/o elettromagnetiche Campi Fotonici (suono e luce quantistici) ) che vengono modulate e trasmesse a distanza secondo la impostazione dei codici genetici implicati nello svolgimento che determina ogni particolare espressione del DNA.

    .Rimodellamento della struttura della cromatina .
    Inoltre la informazione epigenetica ricevuta e ritrasmessa dal DNA interagisce con la stessa dinamica di svolgimento e ri-avvolgimento del DNA , determinando una variazione delle affinita chimiche della cromatina costituita da DNA,RNAs,e Proteine. Tali modificazioni di affinita dei legami biochimici producono cambiamenti dell’ impacchettamento nella struttura della cromatina cosi da lasciare spazio alle attivita’ di reazioni biochimiche che silenziano o modulano in vari modi la espessione genetica .

    Lo studio sul DNA-ANTENNA , proposto da EGOCREANET sulla indagine delle relazioni di interazione tra tra soggetto di informazione genetica ed oggetto di informazione epigenetica impressa dall’ ambiente , tende a mettere in evidenza le modalita con cui il vivente è capace di rispondere in modo non deterministico all’azione di informazione generata dall’ambiente, e dunque divenire capace di esplicare le ampie potensialita’ di cambianento empigenetico del DNA, dando luogo ad una espressione genetica creativa, basata su una selettivita probabilistica di selezione di priorita’ evolutive,sempre nuova ed inattesa, della biodiversita’ .

    Paolo Manzelli​ 22/AGO/2015

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