Trascrizione

I diversi tipi di RNA vengono prodotti mediante la trascrizione, ossia mediante un meccanismo che assicura la “trascrizione” delle caratteristiche genetiche del DNA su molecole di acido ribonucleico. La molecola di DNA, formata da un doppio filamento avvolto su se stesso in modo elicoidale, si despiralizza e per opera di specifici enzimi si apre. A questo punto, la RNA polimerasi accoppia nuove basi azotate a quelle presenti su uno dei due filamenti di DNA, rispettando la complementarietà della loro struttura molecolare.

I diversi tipi di RNA vengono prodotti mediante la trascrizione, ossia mediante un meccanismo che assicura la “trascrizione” delle caratteristiche genetiche del DNA su molecole di acido ribonucleico. La molecola di DNA, formata da un doppio filamento avvolto su se stesso in modo elicoidale, si despiralizza e per opera di specifici enzimi si apre. A questo punto, la RNA polimerasi accoppia nuove basi azotate a quelle presenti su uno dei due filamenti di DNA, rispettando la complementarietà della loro struttura molecolare. In altri termini, all’adenina si appaia l’uracile, mentre alla citosina si appaia la guanina. Questo processo avviene in modo molto simile alla replicazione del DNA, con la differenza che l'RNA messaggero come base complementare all'adenina (A) contiene uracile (U) al posto della timina (T). Completata la sintesi del filamento di RNA, questo si distacca da quello di DNA; il DNA si richiude e ritorna in forma spiralizzata. Negli organismi eucarioti, in cui il DNA si trova all’interno del nucleo cellulare, la trascrizione avviene all’interno di questo.

La traduzione è il processo mediante il quale diversi amminoacidi vengono uniti per formare una nuova proteina, mediante le istruzioni contenute in un filamento di RNA messaggero. Poiché tale filamento si forma su stampo del DNA, in realtà è questo acido nucleico a presiedere alla sintesi proteica. Mentre sta ancora avvenendo la trascrizione di un filamento di RNA messaggero, mRNA, questo inizia a staccarsi dal filamento stampo. Al termine di tale processo, un'estremità del filamento della nuova molecola si inserisce in un ribosoma. Questo organulo “scorre” lungo la molecola di mRNA; in tal modo, il ribosoma ”legge” la sequenza delle basi azotate sull'mRNA. Questo processo prende il nome di traduzione e coinvolge un terzo tipo di molecola di RNA, chiamata RNA transfer (tRNA), che da una parte porta una tripletta di nucleotidi e dall'altra un amminoacido specifico, corrispondente alla tripletta. La tripletta di ciascun tRNA aderisce alla molecola di mRNA quando vi trova una tripletta complementare. Ad esempio, la sequenza uracile-citosina-uracile (UCU) sul filamento dell'mRNA viene occupata dal tRNA contenente la tripletta adenina-guanina-adenina (AGA). In contrapposizione alla tripletta dell'mRNA, che si chiama codone, quella del tRNA prende il nome di anticodone.
Gli amminoacidi portati dal tRNA nella sequenza specificata dall'mRNA vengono, quindi, legati l'uno all'altro sul ribosoma, a formare una nuova catena polipeptidica. Una volta terminata, la catena polipeptidica si libera dal ribosoma e assume la sua forma tridimensionale specifica, determinata dalla sequenza degli amminoacidi. La forma di un polipeptide e le sue proprietà chimico-fisiche, entrambe determinate dalla sequenza amminoacidica, sono responsabili dell'eventuale unione di questa molecola ad altre catene polipeptidiche, nonché della funzione della proteina nell'organismo.

Una peculiarità dei geni degli eucarioti è la presenza di sequenze di nucleotidi codificanti (esoni), interrotte da sequenze non codificanti (introni) che in alcuni casi possono essere anche cinquanta o più. Durante la trascrizione, gli introni vengono copiati insieme agli esoni su una molecola di mRNA molto lunga; poi vengono eliminati da speciali enzimi nucleari e gli esoni vengono uniti l'uno all'altro in una sequenza continua, prima che l'mRNA passi nel citoplasma.
Sebbene il significato della presenza degli introni nei geni degli eucarioti non sia ancora del tutto chiaro, alcuni ricercatori ritengono che la loro esistenza permetta una serie di combinazioni di frammenti genici che andrebbe ad aumentare il numero delle possibili proteine prodotte dall'organismo. Secondo questa ipotesi, cioè, i geni degli eucarioti sarebbero costituiti da un numero relativamente basso di strutture modulari, gli esoni, in grado di combinarsi in modi diversi per dare luogo a una vastissima gamma di geni e, di conseguenza, a una grandissima varietà di strutture proteiche. Inoltre, gli introni e altre sequenze non codificanti sono probabilmente coinvolti nella regolazione della quantità di polipeptidi prodotti dai geni.

Ciascun ribosoma appare suddiviso in due subunità disuguali sovrapposte, di forma tondeggiante, ciascuna composta sia da rRNA che da proteine associate. Questi elementi vengono denominati secondo il loro coefficiente di sedimentazione, espresso in unità Svedberg (S), che è proporzionale al peso molecolare. I batteri, ad esempio, possiedono ribosomi 70 S, più piccoli e meno pesanti di quelli 80 S degli eucarioti. Le due subunità ribosomiali nei batteri contengono ciascuna una singola molecola di rRNA (RNA 16 S nella subunità più piccola, e RNA 23 S nella subunità più grande), legata ad alcune decine di molecole proteiche. Anche negli eucarioti ciascuna subunità contiene una molecola di rRNA (RNA 18 S e RNA 28 S); nel complesso, vi sono circa 150 proteine associate. Le due subunità si avvicinano in presenza di elevate concentrazioni di magnesio; nella cellula, possono trovarsi anche subunità dissociate.

I ribosomi costituiscono la sede in cui, durante il processo di sintesi proteica, avviene la formazione della catena polipeptidica a partire da singoli amminoacidi; tale processo, detto traduzione, è mediato dall’RNA messaggero (mRNA) e dall’RNA di trasporto (tRNA), che si formano nel nucleo su stampo di un filamento di DNA. La molecola di mRNA scorre tra le due subunità ribosomiali; può anche essere contemporaneamente associata a diversi ribosomi. In questo caso, si forma un poliribosoma, o polisoma, in cui avviene in modo coordinato la sintesi di proteine differenti. Si ritiene che i ribosomi liberi siano correlati alla elaborazione di proteine necessarie alla cellula (come enzimi e molecole di struttura), mentre quelli facenti parte di sistemi membranosi sarebbero coinvolti nella produzione di proteine destinate a essere riversate all’esterno della cellula (come alcuni ormoni); tale distinzione, comunque, non è assoluta.