Trascrizione

La trascrizione è il processo biologico mediante il quale l’informazione genetica contenuta in una sequenza di DNA viene copiata in una molecola di RNA complementare. Il processo è catalizzato dall’enzima RNA polimerasi, presente con caratteristiche conservate in tutti gli organismi cellulari.

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Meccanismo di Sintesi e Direzionalità

• Catalisi ed Enzima: L’RNA polimerasi utilizza uno dei due filamenti di DNA come stampo per polimerizzare ribonucleotidi complementari. Non necessita di alcun innesco (primer) per avviare la sintesi.
• Direzione di Sintesi: La sintesi dell’RNA avviene esclusivamente in direzione 5’ $\to$ 3’. Il primo nucleotide incorporato mantiene il gruppo fosfato libero all’estremità 5’ della molecola sintetizzata, mentre l’ultimo nucleotide aggiunto presenta il gruppo ossidrile ($-\text{OH}$) libero in posizione 3’.
• Filamento Stampo Antiparallelo: A causa della direzionalità 5’ $\to$ 3’ della sintesi, il filamento di DNA utilizzato come stampo dall’RNA polimerasi deve essere letto in direzione 3’ $\to$ 5’ (antiparallelo rispetto al trascritto).
• Regole di Appaiamento: La selezione dei ribonucleotidi segue le stesse regole di complementarietà di Watson-Crick utilizzate nella replicazione del DNA (Adenina con Uracile nell’RNA, Citosina con Guanina).

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Fasi della Trascrizione

Il processo di trascrizione si articola in tre fasi sequenziali:

1. Inizio

L’inizio è la fase più lenta e finemente controllata dell’intero processo, necessaria per garantire l’accuratezza del riconoscimento del sito di avvio ed evitare la trascrizione errata del genoma.

• Riconoscimento: L’RNA polimerasi riconosce e si lega in modo stabile alla sequenza del Promotore sul DNA, formando inizialmente il complesso chiuso.
• Denaturazione: Si verifica l’apertura locale del doppio filamento di DNA (denaturazione) che porta alla formazione della bolla di trascrizione. La denaturazione è termodinamicamente sfavorita e richiede tempo. Nei batteri come E. coli, l’apertura avviene senza l’ausilio di un’elicasi.
• Complesso Aperto: Con la denaturazione del DNA stampo (filamento con polarità 3’ $\to$ 5’), il complesso chiuso si converte in complesso aperto, consentendo all’enzima di formare i primi legami fosfodiesterici e sintetizzare i primi nucleotidi.
• Transizione all’Allungamento: La velocità in questa fase è estremamente bassa; una permanenza a questa andatura provocherebbe il distacco prematuro dell’enzima o una tempistica incompatibile con le necessità cellulari. Per questo, una volta superata la fase d’inizio e superati i primi ~12 nucleotidi, l’enzima compie la transizione all’allungamento.

2. Allungamento

• Rilascio del fattore $\sigma$ e Cambiamento Conformazionale: Durante la transizione all’allungamento, la subunità $\sigma$ si dissocia dal core enzimatico. L’RNA polimerasi cambia conformazione, chiudendosi maggiormente sul DNA per aumentarne la stabilità e la processività.
• Processività elevata: Durante l’allungamento, la velocità di sintesi aumenta drasticamente, consentendo la formazione rapida di legami fosfodiesterici lungo lo stampo di DNA. L’allungamento prosegue fino all’incontro con sequenze di arresto specifiche.

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(Sezione espansa con: sbobina 11)

3. Terminazione

Nei procarioti la trascrizione termina in corrispondenza di punti specifici del DNA. Il rallentamento dell’RNA polimerasi, mediato da particolari strutture secondarie a forcina formatesi nel trascritto, è essenziale per indurre la dissociazione dell’enzima.

Si distinguono due meccanismi principali di terminazione procariotica:

• Terminazione Intrinseca (Rho-indipendente): Avviene senza l’intervento di proteine accessorie, sfruttando l’instabilità termodinamica di una coda di U-A successiva a una forcina di terminazione.
• Terminazione Rho-dipendente: Richiede l’intervento della proteina elicasica Rho, che riconosce la sequenza RUT sul trascritto e dissocia l’ibrido DNA-RNA.

Durante la terminazione, l’RNA polimerasi si arresta per circa 60 secondi (una pausa eccezionalmente lunga per i tempi biologici) prima di dissociarsi dal filamento stampo. Il trascritto di RNA si stacca e il doppio filamento di DNA si richiude riavvolgendosi.

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(Sezione espansa con: sbobina 11)

Compartimentalizzazione cellulare

La relazione spaziale e temporale tra trascrizione e traduzione differisce significativamente tra i domini biologici:

• Procarioti: Trascrizione e traduzione sono accoppiate. L’RNA nascente viene tradotto dai ribosomi contemporaneamente alla sua sintesi sul DNA stampo.
• Eucarioti: I due processi sono spazialmente e temporalmente separati da membrane biologiche. La trascrizione avviene esclusivamente all’interno del nucleo cellulare, mentre l’mRNA maturo deve essere esportato nel citoplasma per poter essere tradotto dai ribosomi.

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(Sezione creata con: sbobina 11)

🔗 Collegamenti

• Acidi Nucleici — 📋 fa parte di
• Gene — ⬆ causa
• RNA — ➡️ evoluzione / progressione
• Struttura del DNA — 🔗 stesso meccanismo / stessa via
• RNA Polimerasi Batterica — 🔬 reperto diagnostico
• Promotore — 🔗 stesso meccanismo / stessa via
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• Terminazione Rho-dipendente — 📋 fa parte di