Il processo della trascrizione batterica

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All’interno della molecola del DNA, vi sono unità funzionali che gestiscono un flusso di informazioni biochimiche che verranno convertite in proteine e alla fine in un organismo. Queste unità sono i geni, che si esprimeranno in modo tale che tutte le informazioni genetiche possano trasformarsi nel prodotto finale: le proteine, la base della struttura fisica di un organismo. Ogni gene contiene al suo interno tutte quelle informazioni che serviranno per costruire un organismo. Per questo è stabilito un percorso seguito da tutte le cellule, dalle più semplici a quelle più complesse, che viene detto il dogma centrale della Biologia: DNA>>> RNA>>> PROTEINE. Questa sequenza è riconosciuta dalla Comunità scientifica internazionale come universalmente valida (tranne rare eccezioni come alcuni virus).

Noi sappiamo che il messaggio genetico contenuto nel DNA non sintetizza direttamente le proteine, ma lo fa attraverso dei “collaboratori”, specifiche molecole chiamate mRNA (RNA messaggero) che determinano il processo detto di trascrizione. Il processo si compie in tre fasi: inizio, allungamento e termine. L’RNA è una molecola molto simile da un punto di vista chimico al DNA, ma non uguale. Per questo non si organizza come doppia elica, ma come singola elica. In questo modo può assumere svariate conformazioni grazie ai legami che possiede. Prenderemo in considerazione l’aspetto generale della trascrizione in organismi batterici, meno complessa come dinamiche rispetto a cellule eucariotiche, quelle dotate di nucleo, come le nostre.

Tutto inizia utilizzando uno dei due filamenti del DNA che verrà usato come stampo per la sintesi di un singolo filamento complementare di RNA (acido ribonucleico), il tutto mediato da enzimi come l’RNA polimerasi. La molecola del DNA viene letteralmente divaricata (in gergo tecnico si dice che viene denaturata) e uno dei due filamenti usato come stampo per l’RNA. L’enzima RNA polimerasi si accomoda sul DNA e spostandosi in una direzione, da 5’ a 3’, catalizza la formazione della nuova molecola di RNA utilizzando i nucleotidi trifosfati (nucleotidi a tre gruppi fosfato). Lungo il processo avviene la rimozione di due gruppi fosfato e si forma un legame covalente tra un nucleotide e quello successivo.

L’RNA polimerasi non fa tutto da solo e pur legandosi casualmente, privilegia tuttavia specifiche sequenze chiamate promotori, il cui compito è di segnalare all’enzima dove iniziare la trascrizione. Una volta riconosciuto il sito di attacco, intervengono una serie di reazione enzimatiche che denaturano il DNA. E’ partendo dai promotori che verranno inseriti i nucleosidi trifosfato così da formare una sequenza di nucleotidi. Apparentemente sembra un percorso relativamente semplice ma vi assicuro che non lo è. Lungo il processo intervengono numerose altre molecole dette fattori di trascrizione, molecole esclusive per ciascuna polimerasi in grado di riconoscere i promotori.

Aperto il DNA, si forma il complesso aperto, un segmento di una decina di basi, il tutto a formare la cosiddetta bolla di trascrizione. Oltre al promotore, l’RNA polimerasi li lega ad un’altra catena di molecole detta fattore sigma (σ), un elemento essenziale per riconoscere specifiche sequenze. Dopo una decina di basi, il fattore sigma si stacca dall’enzima per essere “riciclato” altrove in un nuovo processo di trascrizione. Mentre vicino la bolla di trascrizione si forma un ibrido DNA-RNA, la nascente molecola di RNA tende ad allontanarsi dal DNA, il quale si riassocia come prima in doppio filamento dopo il passaggio del complesso enzimatico. In questo modo, la trascrizione viaggia ad una velocità di 30-50 nucleotidi al secondo.

Verso la fine del processo, specifiche proteine dette terminatori intervengono per porre termine alla trascrizione. (in batteri come Escherichia coli prendono il nome dalla lettera greca ρ rho terminatori. Infine, per evitare ulteriori avvolgimenti del Dna, intervengono le topoisomerasi, complessi enzimatici che si avvolgono intorno alla macromolecola e fanno un taglio.

Fig: batterio Escherichia coli

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