mercoledì 23 febbraio 2011

IL CODICE GENETICO E LA SINTESI PROTEICA

  IL CODICE GENETICO E LA SINTESI PROTEICA
               Per formare una proteina il DNA deve indicare la particolare sequenza in cui vanno collocate le centinaia o migliaia di amminoacidi che la costituiscono. Nel 1954, George Gamow suggerì che i nucleotidi, in varie combinazioni, potessero venire usati per formare quello che oggi viene chiamato codice genetico. Per decifrare questo codice gli scienziati adottarono gli stessi metodi dei crittografi; poiché gli aminoacidi essenziali sono venti e vi sono solo quattro nucleotidi, non è possibile che ogni nucleotide codifichi un aminoacido. Se ogni aminoacido fosse codificato da due nucleotidi, il numero massimo per ottenere le varie combinazioni sarebbe  4 x 4 = 16, cioè un numero insufficiente. Pertanto solo tre nucleotidi possono essere alla base della codificazione,  si hanno 4 x 4 x 4 = 64 combinazioni possibili. Il codice è universale ed è degenere, cioè più di una tripletta di basi consecutive risponde allo stesso aminoacido, e comprende anche segni di interpunzione. Il modo in cui il gene dirige la sintesi di una proteina è il seguente: Ciascun gruppo di tre nucleotidi lungo una molecola di DNA è un codone per un certo aminoacido. L'informazione del codone viene trasferita dal DNA in una molecola di RNA messaggero  (mRNA)  che si forma lungo uno dei due filamenti di DNA secondo il principio della complementarità delle basi. Quando il filamento di mRNA si unisce a un ribosoma, altre molecole di DNA dette di trasferimento,  (tRNA) , si legano temporaneamente con il filamento di mRNA, sempre secondo il principio della complementarità delle basi. Ogni molecola di tRNA trasporta l'amminoacido specifico sulla tripletta dell'mRNA, alla quale si lega temporaneamente; così seguendo le informazioni dettate dal DNA, gli aminoacidi vengono allineati l'uno accanto all'altro e vengono uniti a formare la catena polipeptidica. Nel 1961 Nirenberg riuscì a stabilire quali basi deve contenere un codone per codificare un certo aminoacido, ma solo nel 1964 egli scoprì l'ordine secondo il quale le basi sono disposte nei codoni. Con un metodo diverso, Khorana confermò queste osservazioni e dimostrò che l'mRNA viene letto in sequenza e che ogni codone è formato da tre nucleotidi.
               Ma osserviamo più da vicino la sintesi proteica. La biosintesi avviene nel citoplasma, ma il DNA si trova nel nucleo, nei cromosomi. L' mRNA si sintetizza su un tratto dell'elica del DNA che porta l'informazione genetica corrispondente a una specifica proteina. Questo mRNA risulta di un singolo filamento polinucleotidico complementare a quello del DNA, con l'uracile (U) al posto della timina (T). Ad esempio alla sequenza di basi dell'elica del DNA...ACTGGCTAC...corrisponde sull' mRNA la sequenza...UGACCGAUG             ...Questo processo di copia dell'informazione genetica in sequenza complementare di nucleotidi, viene detto trascrizione. L' mRNA è mobile, si stacca dal DNA, sul quale si è formato, si porta nel citoplasma e si lega all'unità minore di un ribosoma. Lungo una stessa molecola di mRNA scorrono più ribososmi (tale raggruppamento è detto polisoma), in modo che una molecola di mRNA lavora su più ribosomi contemporaneamente e può servire per formare diverse catene polipeptidiche.  I ribosomi si spostano lungo una molecola di mRNA incontrando le successive triplette di nucleotidi (codoni). I vari aminoacidi sono portati sui ribosomi dagli specifici tRNA secondo l'ordine dei codoni dell' mRNA. Posti così di seguito all'altro, secondo l'ordine di successione dei vari codoni, cioè secondo l'informazione portata dal messaggero, gli aminoacidi, che sono già attivati, cioè provvisti dell' energia occorrente, si legano spontaneamente in catena lineare. La catena polipeptidica formatasi si stacca dal ribosoma e va a costituire nel citoplasma la molecola proteica. Il ribosoma si scinde nelle due subunità che poi, riunendosi, ritornano in ciclo. Il processo di lettura delle varie triplette dell' mRNA per il montaggio della catena polipeptidica, viene detto traduzione. Le proteine sono dunque la prima realizzazione fenotipica dell'azione dei geni. Essi costituiscono i termini di partenza di tutta una serie di processi biochimici e morfologici che portano alla fine, alla realizzazione dei vari caratteri ereditari che si osservano nell'organismo. Le mutazioni, già esaminate in precedenza, alla luce della struttura del DNA possono essere visti sotto una nuova luce. Una mutazione genica è una variazione delle sequenze nucleotidiche del DNA. Tali tipi di mutazione avvengono entro il gene, cioè nel tratto corrispondente di DNA; vengono dette anche mutazioni puntiformi. Si tende a usare il temine di mutazione in senso stretto per indicare le mutazioni geniche, e parlare di aberrazioni piuttosto che di mutazioni cromosomiche. Alcune sostanze chimiche fanno aumentare notevolmente  la frequenza delle mutazioni, che come fenomeno naturale è bassa, sono le sostanze mutagene.

L'OPERONE
               Nei batteri possono prodursi enzimi di azione specifica, se al microrganismo viene somministrato un dato substrato che richiede appunto quella specifica azione enzimatica: si possono indurre enzimi che il batterio non produce, e di contro si possono reprimere sistemi enzimatici che normalmente il batterio produce. Nel 1961 Jacob e Monod hanno elaborato una teoria studiando i sistemi enzimatici inducibili: il sistema beta-galattosidasi-permeasi di Escherichia coli. In presenza di lattosio il batterio un sistema di enzimi ai quali corrispondo almeno tre geni: 1)una betagalattossidasi (gene x) che scinde il lattosio in galattosio e glucosio,
2) una permeasi (gene y) che concentra il lattosio nella cellula, 3) una transacetilasi (gene a) enza il lattosio questi enzimi non si formano. Tutto questo perché nel genoma del batterio, un gene i, nella forma selvatica, produce una proteina che agisce come repressore lac bloccando i geni x, y, a. Il punto centrale di tale teoria è quello di ammettere che esistono geni regolatori che per mezzo di una proteina specifica detta repressore, reprimono, impedendo agli altri geni, (geni strutturali) di funzionare. Perché questi geni funzionino è necessario inattivare il repressore. Il gene che produce la proteina che agisce da repressore è detto gene regolatore, la molecola che si lega al repressore e lo inattiva è detta induttore; il sistema costituito dai geni strutturali più il gene operatore (sul quale si esercita il blocco da parte del repressore), costituisce quell'unità genetica detta operone. Nell'esempio dei batteri il lattosio da origine a un prodotto di degradazione di tale zucchero che agisce da induttore e si lega al repressore, ne modifica la configurazione, bloccandone l'azione nei confronti del sistema dei geni strutturali x, y, a.