RNA, Trascrizione e Traduzione – Appunti Completi

1958: premi Nobel Beadle & Tatum identificano la relazione «un gene – un enzima» studiando Neurospora crassa.
- Oggi formulata come «un gene – una catena polipeptidica».
- Negli organismi complessi un singolo gene può generare più proteine (splicing alternativo, uso di promotori/terminatori diversi, editing dell’RNA, uso di codoni di inizio alternativi).
Espressione genica = insieme di trascrizione + traduzione.
- Conversione dell’informazione codificata come sequenza di nucleotidi (DNA/RNA) in una sequenza di amminoacidi (proteina).
- Implicazioni: regolazione metabolica, differenziamento cellulare, risposte ambientali.

Acido ribonucleico (RNA): polimero di nucleotidi con ribosio + basi azotate A-U-G-C + gruppo fosfato.
Differenze rispetto al DNA:
- Zucchero: ribosio vs desossiribosio.
- Base esclusiva: uracile (U) al posto della timina (T).
- Architettura: normalmente monocatenario, assume strutture secondarie (hairpin, cloverleaf, pseudoknot).
- Localizzazione: sintetizzato nel nucleo (eucarioti) → trasportato nel citoplasma; nei procarioti sintetizzato e tradotto nel citoplasma.

mRNA (messaggero)
- Prodotto della trascrizione; trasporta l’informazione genica dal DNA ai ribosomi.
- Nei procarioti polisistronico; negli eucarioti monocistronico, provvisto di 5'-cap, 3'-poly(A) e regioni UTR.
tRNA (transfer)
- «Adattatore molecolare» tra codice a nucleotidi e codice amminoacidico.
- Struttura a trifoglio con:
- Estremità 3' con sequenza $CCA$ accettatrice dell’amminoacido.
- Ansa anticodonica: tripletta anticodone complementare al codone dell’mRNA.
- Bracci D, T\psi C, variabile (riconoscimento ribosomiale, stabilità).
- Caricato dall’enzima amminoacil-tRNA sintetasi (1 per ogni amminoacido) con consumo di ATP → legame estere ad alta energia.
rRNA (ribosomiale)
- Scheletro strutturale e catalitico del ribosoma (ribozima per formazione legame peptidico).
- Insieme a proteine forma subunità ribosomali:
- Procarioti: 70S (30S + 50S).
- Eucarioti: 80S (40S + 60S).

tmRNA: risolve ribosomi bloccati su mRNA senza codone di stop; aggiunge «tag» degradativo alle proteine.
dsRNA: molecola a doppio filamento, può attivare RNA interference (RNAi).
snRNA: (\approx50–300 nt) + proteine → snRNP → spliceosoma (rimozione introni).
snoRNA: (\approx50–300 nt) nel nucleolo → maturazione e modifiche dell’rRNA.
siRNA (\approx21–23 nt): deriva da dsRNA lunghi; guida il complesso RISC → degradazione bersagli mRNA.
miRNA (\approx21–23 nt): deriva da hairpin endogeni; appaiamento parziale con mRNA → inibizione traduzione/degradazione.
Nota: siRNA e miRNA condividono la via RNAi ma differiscono per origine.

Localizzazione: citoplasma nei procarioti, nucleo negli eucarioti.
Elementi necessari
- DNA stampo (antisenso, direzione 3'→5').
- RNA polimerasi (RNAP) + nucleotidi trifosfato (NTP).
- Non richiede primer; assenza di proofreading marcato.

Procarioti: unica RNAP con subunità σ per riconoscere promoter (TATA box –10, –35 box).
Eucarioti: tre RNAP principali
- RNAP I → rRNA.
- RNAP II → pre-mRNA + alcuni snRNA/miRNA.
- RNAP III → tRNA + 5S rRNA.
- Richiedono fattori di trascrizione generali (TFIIA, TFIIB, TFIID ecc.). TBP (TATA-binding protein) riconosce la TATA box.

Riconoscimento/Inizio
- Formazione complesso chiuso → apertura bolla trascrizionale (complesso aperto).
Allungamento
- Aggiunta ribonucleotidi 5'→3'; rilascio RNA nascente; topoisomerasi eliminano superavvolgimenti.
- mRNA è complementare al filamento stampo ed identico (U↔T) al filamento codificante.
Terminazione
- Procarioti: sequenze rho-indipendenti (hairpin + poli-U) o rho-dipendenti.
- Eucarioti: segnale di terminazione (AAUAAA) → taglio + polyadenilazione; RNAP II si stacca.

Prodotto eucariotico = trascritto primario → undergoes capping (7-metil-G), splicing, poly(A) tail.

Correlazione triplette (codoni) ↔ 20 amminoacidi.
Possibili codoni $4^3 = 64$ .
Codoni speciali
- Start: AUG (Met; nei procarioti fMet).
- Stop: UAA, UAG, UGA.
Proprietà
- Degenerato/ridondante: più codoni codificano lo stesso amminoacido.
- Non ambiguo: un codone specifica sempre lo stesso amminoacido.
- Universale (quasi): variazioni nei mitocondri, alcuni protisti.

Avviene nel citoplasma (o RER) su ribosomi.
Ribosomi liberi → proteine citoplasmatiche; ribosomi su RER → proteine di membrana, secretorie, lisosomiali.

A (amminoacil), P (peptidil), E (exit).
Traslocazione dipendente da GTP e fattori di allungamento (EF-Tu/EFTu, EF-G, eEF-1, eEF-2).

Inizio
- Nelle eucarioti: complesso 40S-eIFs si lega al 5'-cap, scanning fino ad AUG in contesto Kozak; reclutamento 60S → complesso 80S.
- Nelle procarioti: sequenza Shine-Dalgarno allinea l’AUG con 16S rRNA.
- tRNA iniziatore (Met-tRNA\textsuperscript{Met}/fMet) si posiziona nel sito P.
Allungamento
- Ingresso nuovo aa-tRNA nel sito A.
- Peptidil-transferasi (rRNA 23S/28S) catalizza legame peptidico (energia dal legame estere tRNA-AA).
- Traslocazione ribosoma di 3 nt; tRNA scarico esce dal sito E.
Terminazione
- Codone stop riconosciuto da fattore di rilascio (RF1/2/3, eRF1-3) → idrolisi legame peptidil-tRNA.
- Dissociazione complesso ribosomale, riciclo subunità.

Più ribosomi traducono contemporaneamente lo stesso mRNA → aumento efficienza; visibili a microscopio elettronico.

Numero minimo di codoni per una proteina di $n$ amminoacidi = $n+1$ (aggiungere codone di stop).
- Esempio: $150\ \text{aa} \Rightarrow 151\ \text{codoni}$ .
Percentuale di timina in RNA = $0\%$ (assente, sostituita da uracile).
Totale basi azotate DNA + RNA = 5 (A, G, C, T, U).
Basi pirimidiniche complessive (C, T, U) = 3.
Massimo legami H anticodone-codone: 3 legami \times 6 basi = 18.

RNAi (siRNA/miRNA) come strumento di regolazione post-trascrizionale e tecnologia di silenziamento genico terapeutico.
Splicing alternativo aumenta la diversità proteica senza espansione genomica; difetti → malattie (es. β-talassemia, SMA).
fMet nei procarioti funge da segnale di riconoscimento per il sistema immunitario innato (TLR).
Ribosomi bersaglio di antibiotici (es. tetracicline, macrolidi) che sfruttano differenze 70S vs 80S.
Mutazioni in tRNA o amminoacil-tRNA sintetasi → encefalopatie, malattie mitocondriali.

Differenze strutturali DNA/RNA: filamenti, zucchero, basi, compartimenti, presenza introni.
Funzioni specifiche di mRNA, tRNA, rRNA.
Naturalezza dell’RNA polimerasi (proteina enzimatica, non acido nucleico).
Meccanismo di anticodone-codone: legami a idrogeno.
Stadi di trascrizione/ traduzione: inizio, allungamento, terminazione.
Definizione di codone; primo amminoacido (Met) di qualsiasi proteina.
Molecola coinvolta nel trasferimento informazione nucleo → citoplasma: mRNA.
Struttura dei ribosomi: RNA + proteine.

Memorizzare gli enzimi chiave: RNAP I-II-III, amminoacil-tRNA sintetasi, topoisomerasi, peptidil-transferasi, fattori di inizio/allungamento/rilascio.
Focalizzarsi sulle differenze procariote/eucariote (promoter, RNAP, avvio traduzione, ribosomi, Met vs fMet).
Ripassare la tabella dei codoni → pratica con esercizi di retro-trascrizione (es. codone UCA → DNA 3'-AGT-5').
Comprendere i meccanismi di RNAi e splicing per risvolti clinici e biotecnologici.
Allenarsi con domande a scelta multipla per consolidare nozioni quantitative e terminologiche.