1. Capitolo 5
Espressione genica:
la trascrizione
Peter J Russell, Genetica © 2010 Pearson Italia S.p.A
http://http://www.guidobarbujani.it/index.php/1-genetica

2. Domande 5
• Come avviene la sintesi proteica?
• Quanti e quali tipi di RNA sono presenti nella cellula?
• Come viene sintetizzata la catena di RNA?
• Ci sono differenza fra procarioti ed Eucarioti?
• Cosa succede ad una molecola di RNA eucariote prima di uscire
nel citoplasma?
• Come è fatto un gene eucariote?

3. Figura 5.9
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Cellula pro- ed Eu-cariote

4. Riassunto della trascrizione

5. L’RNA è chimicamente simile al DNA, ma:
E’ a filamento singolo, non a doppia elica
Contiene ribosio, non desossiribosio
Oltre ad adenina, citosina e guanina, contiene non timina, ma
uracile
Perciò:
•Vale il principio della complementarietà delle basi: la molecola
di RNA viene sintetizzata sulla base di un tratto di DNA
•Esistono geni che codificano per proteine; dalla loro
trascrizione origina l’RNAm; esistono geni che codificano per
RNAt e l’RNAr.

6. Figura 5.1
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7. Schema della trascrizione
Nei procarioti, un’unica proteina complessa, l’RNA polimerasi o
RNA P, catalizza la trascrizione
In E. coli, RNA P è costituita da 2 subunità α, 2 subunità β e una
subunità σ. La subunità σ può dissociarsi, separandosi dal core
o nucleo dell’enzima. Diversi fattori σ indirizzano la RNA P verso
geni diversi.
.
Schematicamente, tre fasi:
1. Inizio. I siti del DNA che contengono i segnali d’inizio della
trascrizione si chiamano promotori. La subunità σ riconosce
una regione del promotore, a cui si attacca. La doppia elica si
denatura e σ si stacca dal core della RNA P

8. Da: http://www.pingrysmartteam.com/models.htm:
RNA P dei pprocarioti. La subunità σ è in arancione

9. Da: http://www.pingrysmartteam.com/models.htm:
Il core della RNA P e la subunità σ

10. Da: http://www.pingrysmartteam.com/models.htm:
subunità σ a contatto col DNA

11. Schema della trascrizione
2. Allungamento. Il core della RNA P comincia a scorrere lungo
l’elica “senso” del DNA; ribonucleotidi trifosfati vengono legati
all’estremità 3’ libera della catena; l’energia di legame proviene
dalla rottura dei legami fosforici.
3. Terminazione. Sequenze di terminazione, o terminatori,
sono presenti alla fine di ogni messaggero. In certi casi
una proteina, fattore ρ, li riconosce, vi si lega e provoca il
distacco dell’RNAm. In altri casi è la RNA P stessa che li
riconosce e si stacca

12. Figura 5.3
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Quindi, schematicamente, un
gene comprende:

13. Figura 5.2
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Come la replicazione, la trascrizione procede
allungando la nuova elica in direzione 5’-3’

14. Il promotore è la regione non trascritta essenziale per il
corretto accoppiamento fra elica stampo e RNA P

15. Promotori in vari geni di E. coli: TATA box e regione –35
(sequenze consenso)
La proteina σ trova il TATA box e posiziona la RNA P al sito d’inizio

16. In realtà, non tutti i geni hanno il TATA box
(INR = Initiator element)

17. Figura 5.4
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Trascrizione in E. coli: inizio
ed allungamento

18. Figura 5.5
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Trascrizione in E. coli: terminazione
Inverted repeats

19. Negli Eucarioti le cose si complicano

20. Oltre a promotore e RNA P, ci sono:
1. Enhancers: regioni del DNA in 5’ che attivano la trascrizione
2. Silencers: regioni del DNA in 5’ che reprimono la trascrizione
3. Repressori: proteine che, stabilendo contatti con i silencers,
reprimono la trascrizione
4. Attivatori: proteine che, stabilendo contatti con gli enhancers,
attivano la trascrizione
5. Fattori di trascrizione: proteine che si legano al promotore,
favorendone il contatto con la RNA P

21. Le RNA polimerasi
• Nei procarioti, una sola RNA P si occupa della trascrizione di tutti i
geni
• Negli Eucarioti, diverse RNA P catalizzano la sintesi di:
1. mRNA, che in seguito verrà tradotto in polipeptide (RNA P II)
2. rRNA, in segmenti di varie lunghezze che alla fine si aggregano a
formare ribosomi (RNA P I)
3. tRNA, che riconoscono la sequenza dell’mRNA e allineano gli
amminoacidi corrispondenti (RNA P III)
• Ridondanza genica per RNA P I e RNA P III.

22. Figura 5.6
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L’RNA polimerasi II (RNA p II) del lievito

23. Figura 5.7
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Il complesso di inizio della
trascrizione comprende diversi
fattori di trascrizione (TFIIA – TFIIH)

24. I fattori di trascrizione possono essere generali o
specifici, e si dispongono in successione sul promotore

25. Ci sono proteine che favoriscono ripiegamenti del DNA
che mettono a contatto col complesso di inizio della
trascrizione le regioni a monte del gene

26. Schema generale di mRNA al termine della
trascrizione (Eu- e pro-carioti)
AUG UGA
Sequenza leader Sequenza codificante Sequenza terminale
(non tradotta) (non tradotta)
5’ 3’

27. Figura 5.10
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1. Il cap in 5’
All’estremità 5’ del messaggero
eucariote viene aggiunto un cap
(cappuccio) formato da una G e
due gruppi CH3.

28. Figura 5.11
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2. Il poli(A) in 3’
All’estremità 3’ del messaggero
eucariote viene aggiunta una serie
di A, o poli(A).

29. L’esperimento di Chambon
Scopo: isolare un gene
Problema: avere tante copie dello stesso tratto di DNA
Metodo: isolare un mRNA, copiarlo con una trascrittasi
inversa: cDNA.
mRNA in una cellula Eucariotica specializzata e non specializzata

30. L’esperimento di
Chambon: ibridazione
mRNA-DNA
1. mRNA prelevato dal
citoplasma
2. cDNA
3. Anse nell’ibrido mRNA-DNA
4. Il gene dell’ovalbumina è
interrotto da introni

32. Il gene dell’ovalbumina e la maturazione
(splicing) del suo messaggero

33. Maturazione o splicing del messaggero
• Aggiunta di un cappuccio (G e 2 gruppi metilici) in 5’
(“capping”)
• Rimozione enzimatica degli introni
• Poliadenilazione in 3’ (aggiunta di poliA, 10-30 basi a valle
della sequenza-consenso AAUAAA).

34. Figura 5.12
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Maturazione o splicing del messaggero

35. Meccanismo della rimozione di un introne
nei complessi di splicing
N=qualunque base
R=purina
Y=pirimidina

36. Maturazione (splicing)
del messaggero:
in una fase transitoria,
un’Adenina forma tre
legami fosfodiesterei

37. Splicing alternativi: un gene fa tante proteine

38. Splicing alternativi: α-tropomiosina (ratto)
esoni costanti

39. Evoluzione degli introni: due ipotesi
Precoce
Gli introni erano una caratteristica essenziale dei primi organismi. La loro assenza nei
batteri sarebbe dovuta ai tempi più brevi di divisione cellulare, e dunque al maggior
numero di generazioni durante le quali il genoma batterico si è evoluto, perdendo
(quasi) tutti gli introni ancestrali.
Tardiva
Gli introni non erano presenti nei primi organismi. Sarebbero arrivati di recente negli
Eucarioti, nel corso dell’aumento di complessità che ha creato la necessità di sviluppare
meccanismi di controllo coordinato dell’espressione genica.

40. Maturazione
(splicing) nella cellula
Eucariote

41. Editing del messaggero
•Inserzione o delezione post-trascrizionale di nucleotidi, conversione
chimica di una base in un’altra
•Nel nucleo, nel citosol, nei mitocondri e nei cloroplasti
•Risultato: Il messaggero maturo ha una sequenza di basi che non
corrisponde esattamente a quella del DNA che la codifica
•Dove si osserva: in Tripanosoma; nei genomi mitocondriale e
plastidiale di molte piante superiori; nei Mammiferi, in vari tessuti dove
sono possibili splicing alternativi

42. Figura 5.15
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Editing del messaggero
Inserzione o delezione di nucleotidi, conversione di una base in un’altra
Nell’mRNA per il gene mitocondriale citocromo ossidasi III di
Tripanosoma brucei (TB) vengono inseriti degli U
Cf=Crithridia fasciculata, Lt=Leishmania tarentolae

43. A G C T G C T T C G G A DNA
U C G A C G A A G C C U mRNA trascritto
A G C U A A G C U A A A U C G G A RNA guida
RNA guida
U C G A C G A A G C C U mRNA trascritto
U C G A U U C G A U U U A G C C U mRNA post editing
L’editing del messaggero in Tripanosoma richiede un RNA guida,
trascritto da un altro gene nel genoma mitocondriale

44. Trascrizione ai geni per l’RNA in Eucarioti:
unità di trascrizione, ridondanza genica
1250 serie di geni
Maturazione

45. tRNA: basi modificate,
regioni funzionali

46. tRNA: maturazione

47. Riassunto 05
• Il DNA viene trascritto in una molecola di RNAm
• Il messaggero viene tradotto in un peptide
• Nei procarioti una sola RNA P catalizza la trascrizione, negli
Eucarioti intervengono diverse RNA P specializzate in mRNA,
rRNA e tRNA
• Sequenze particolari segnalano i punti di inizio e termine di
trascrizione e traduzione
• Molti geni eucarioti sono interrotti da sequenze trascritte ma non
tradotte: introni. Le parti tradotte prendono il nome di esoni
• Negli Eucarioti il trascritto iniziale matura attraverso
l’eliminazione degli introni e altre modifiche biochimiche.
• Sia in Eucarioti che in procarioti, gli rRNA e tRNA subiscono un
processo di maturazione