Espressione genica

Che cos’è?

L’espressione genica è l’insieme di processi che portano l’informazione contenuta in un gene ad essere convertita in una molecola funzionale.

Tutti gli eventi dell’espressione genica permettono la trascrizione del DNA in RNA messaggero (mRNA) e da quest’ultimo, mediante la traduzione, alla formazione di una proteina.

Tipicamente l’espressione contenuta in un gene è costituita da DNA, ovvero l’acido nucleico a doppio filamento costituito da basi azotate, deossiribosio (uno zucchero) e gruppi fosfato.

 

A cosa serve l’espressione genica?

Questi processi sono fondamentali per la sopravvivenza della cellula e per controllarne le sue funzioni interne ed esterne.

 

Quali sono i punti di controllo e dove sono localizzati?

L’espressione genica  avviene principalmente nel nucleo e nel citosol della cellula, dove ci sono diversi punti di controllo importanti e indispensabili affinché la lunga serie di processi segua un decorso corretto.

Nel nucleo ci saranno due controlli:

1. un controllo nel passaggio da DNA a RNA, il considdetto controllo trascrizionale;
2. un ulteriore controllo per verificare le diverse manipolazioni e modifiche a carico dell’RNA per portarlo ad essere mRNA.

Nel citosol avverranno altri quattro controlli:

1. un controllo nel trasporto dell’RNA;
2. un controllo nella traduzione;
3. un evento che porti al controllo nella degradazione dell’mRNA;
4. Infine, un controllo nell’attività della proteina neo-formata.

 

Espressione genica: la trascrizione dell’informazione

Una precisazione fondamentale: bisogna distinguere nettamente il processo di duplicazione del DNA, dal processo di trascrizione. Nel primo caso, mediante un processo semiconservativo, si replica la doppia elica del DNA e si otterrà un altro doppio filamento di DNA. In questo caso si replicano intere regioni.

La trascrizione porta dalla doppia elica di DNA alla formazione di un filamento di RNA. In questo evento si copiano piccole regioni di DNA.

L’RNA polimerasi è l’enzima che permette la formazione del filamento di RNA a partire dal DNA.

I geni hanno bisogno di alcuni enhancers  per essere trascritti. Abbiamo diversi enhancers per ciascun gene e questo permette un controllo combinatoriale.

La loro funzione è quella di aumentare la frequenza di trascrizione e agevolare questa fase dell’espressione genica.

Per ragioni di semplicità eviteremo di trattare in questo articolo la condensazione della cromatina e la sua decondensazione.

Esistono due eventi che avvengono nel nucleo, quindi in eucarioti, che sono tipici del termine della trascrizione:

 

1. Il capping: aggiunta di una metil-guanina al fosfato dell’estremità 5′ dell’mRNA;
2. lo splicing: processo in cui sono rimossi gli introni e vengono riuniti gli esoni.

 

Per produrre correttamente una proteina è necessario che tutti gli introni siano rimossi, per evitare presenze di amminoacidi e mutazioni frameshift.

 

Espressione genica: la traduzione

Dopo che si è verificata la formazione dell’mRNA, questo deve essere veicolato e portato all’avviamento della sintesi proteica nei ribosomi.

Un altro destino è quello della degradazione dell’mRNA che potrebbe avvenire quando esso è ancora adeso ai ribosomi per la sintesi proteica.

 

Alcune molecole di RNA sono importanti per regolare piccoli metaboliti e l’espressione genica: i riboswitch. 

Questi regolano la traduzione e sono presenti nei batteri, nelle piante e nei funghi. Scoperti nel 2003, sono importanti per “accendere” o “spegnere” la produzione di determinate proteine. Vista la loro alta presenza in batteri, è utile citarli perché potrebbe aprire nuove frontiere per la produzione di nuovi antibiotici.

Cosa succede una volta prodotta la proteina?

Quando il processo di traduzione è ultimato avremo che la proteina neo-formata verrà veicolata nelle strutture necessarie attraverso i coatomeri e i V-SNARE. Per saperne di più leggi anche l’editing delle proteine.

 

DISCLAIMER: per la corretta preparazione all’esame di stato da Biologo è necessario approfondire ulteriormente queste tematiche con libri di testo specifici. Il presente articolo è estremamente riassuntivo e non si addentra correttamente nei singoli processi, ma vuole essere un punto di partenza per conoscere i delicati e complessi eventi cellulari. 

 

A cura del Dottor Giulio Merlini