1.

Introduzione

RNA o Acido ribonucleico Acido nucleico presente negli eucarioti, nei procarioti e in alcuni virus, detti 'virus a RNA'. Nei procarioti e negli eucarioti, l’RNA è presente in diverse forme, ognuna specializzata in una determinata funzione: RNA messaggero (mRNA), RNA di trascrizione (tRNA), RNA ribosomiale (rRNA).

2.

Caratteristiche

L’RNA non è in grado di replicarsi da solo, ovvero di produrre copie di se stesso, come il DNA. I diversi tipi di RNA vengono invece elaborati a partire da un filamento di DNA, che agisce da stampo, attraverso un processo detto trascrizione. Alcuni tipi di questo acido nucleico presiedono alla sintesi delle proteine, che avviene mediante la traduzione; altri si legano a molecole proteiche e formano i ribosomi, organuli delle cellule procarioti ed eucarioti.

3.

Struttura molecolare

La struttura dell’RNA è formata da una sequenza di molecole dello zucchero ribosio, e di gruppi fosfato. A ciascuna molecola di zucchero è legata una base azotata, ossia una molecola che chimicamente può appartenere al gruppo delle purine (adenina, A, o guanina, G) o delle pirimidine (citosina, C, o uracile, U). L’unità formata da una base azotata, dallo zucchero cui questa è legata e dal gruppo fosfato è detta nucleotide. La molecola di RNA è pertanto una sequenza di nucleotidi. Nel caso del tRNA, il filamento di acido ribonucleico si ripiega assumendo una tipica conformazione, che ricorda un trifoglio; nel caso dell’rRNA, il filamento si associa con proteine a costituire le due subunità che compongono i ribosomi. L’mRNA ha una forma lineare e rappresenta il mediatore dell’informazione genetica tra il DNA e gli amminoacidi, nella fase di traduzione della sintesi proteica.

4.

Sintesi proteica

Il processo con il quale le proteine vengono elaborate a partire da singoli amminoacidi viene detto sintesi proteica. Esso avviene attraverso due passaggi: la trascrizione e la traduzione.

1.

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. 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.

2.

Traduzione

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.

2.1.

Poliribosomi

In molti casi può avvenire la produzione contemporanea di proteine diverse, il che è possibile se un lungo filamento di RNA messaggero si inserisce in vari ribosomi; in tal caso, a livello di ciascuno di questi organuli si verifica l’assemblaggio di amminoacidi, e la formazione di una catena proteica. Un insieme di ribosomi legato a una molecola di mRNA è detto poliribosoma o polisoma.

2.2.

La traduzione nei procarioti e negli eucarioti

Nei procarioti, in cui il cromosoma è libero nel citoplasma, la traduzione può iniziare anche prima che la trascrizione sia terminata. Negli eucarioti, invece, i cromosomi sono isolati nel nucleo, mentre i ribosomi si trovano nel citoplasma, così la traduzione dell'mRNA nella proteina corrispondente può iniziare solo una volta che l'mRNA prodotto nel nucleo viene trasferito nel citoplasma.

2.3.

Trascrizione di sequenze diverse di DNA: introni ed esoni

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.