La trascrizione dell'mRNA

L' "RNA messaggero" svolge il compito di portare le informazioni del DNA per la sintesi delle proteine. Ciò avviene mediante un processo detto TRASCRIZIONE. Mediante questo vengono riportate le informazioni del DNA sull'mRNA.
Il processo di trascrizione può essere suddiviso in tre fasi:
1) Nella fase d'inizio l'RNA polimerasi riconosce la sequenza del promotore  e si attacca ad esso;   dopo questo la RNA Polimerasi legge il DNA in direzione 3'-5' e divide i due filamenti di DNA.
2) Durante la fase di allungamento l'RNA polimerasi sintetizza l'mRNA usando un filamento di DNA detto "filamento stampo" aggiungendo nucleotidi al filamento.
3) Nella fase di terminazione l'RNA Polimerasi si stacca dopo aver riconosciuto una sequenza di arresto.

( Nel video si spiega anche la traduzione, ma non siate frettolosi, perché ne parleremo)

L'RNA e le sue caratteristiche

In che modo la disposizione delle basi azotate nel DNA può determinare la sequenza degli amminoacidi di una proteina? Cercando di trovare una risposta si scoprì il ruolo dell'acido ribonucleico o RNA, una molecola molto simile al DNA. Si concluse che l'RNA avesse un ruolo fondamentale nella traduzione dell'informazione genetica, traducendo, quindi, le sequenze dei segmenti di DNA in quelle degli amminoacidi. Esistono tre tipi di RNA che agiscono come intermediari nei processi che portano alla sintesi delle diverse proteine: RNA messaggero (mRNA),
RNA ribosomiale (rRNA) e RNA di trasporto (tRNA).
Ma quali sono le caratteristiche che lo differenziano dal DNA?
Le differenze sono principalmente tre:
1) nei nucleotidi dell'RNA lo zucchero è il ribosio e non il deossiribosio;
2) contiene, al posto della timina, l'uracile, che come la timina, si appaia solo con l'adenina;
3) la maggior parte dell'RNA è composta da un singolo filamento.

Codice genetico: l'esperimento di Beadle e Tatum

Gli scienziati statunitensi Beadle e Tatum dimostrarono l'ipotesi del dottore inglese Garrod, il quale sosteneva che alcune malattie ereditarie potessero essere causate dal fatto che alcuni geni (mutanti) non producevano gli enzimi necessari. Ciò dimostrò i geni sintetizzano determinate proteine.
Beadle e Tatum utilizzarono muffa Neurospora del pane. Estrassero le dagli aschi. Essi provenivano dall'incrocio di ceppi normali e ceppi esposti ai raggi X. Ogni spora fu lasciata in un terreno di coltura arricchito con gli amminoacidi che la muffa sintetizza da sola. Poi una parte viene trasferita in un terreno con pochi nutrienti e privi di amminoacidi. L'assenza di crescita dimostrava l'incapacità di sintetizzare alcuni amminoacido. La muffa mutante fu quindi posta in venti provette contenenti ciascuna un solo amminoacido; ciò dimostrò quale enzima era affetto da mutazione. Dimostrarono, quindi, che la variazione di un singolo gene determinava la variazione di un singolo enzima.

La cromatina e il nucleosoma

Nel nucleo delle cellule eucariote il DNA è in stretto rapporto con le proteine costituendo la cromatina. Esistono tuttavia due tipi di cromatina:
- l'eucromatina che risulta più dispersa prevalendo durante l'interfase, cosicché i geni possano trasmetter informazioni;
-l'eterocromatina, invece, più condensata, risulta essere presente per tutto il periodo di divisione cellulare per consentire un più agevole movimento dei cromosomi.
Nella cromatina le proteine appartengono a una catena di polipeptidi detti istoni. Essi hanno carica positiva e quindi vengono attratte dea DNA negativo e sintetizzate. Inoltre sono i principale responsabili del ripiegamento del DNA. Le unità fondamentali sono dunque i nucleosomi. La struttura che si viene a creare ha la forma di una collana di perle che si compatta andando a creare una serie di anse (domini ad ansa) che a loro volta formano i cromosomi condensandosi.

(Guardate il video che purtroppo è in spagnolo, ma comprensibile, giusto per darvi un'idea)

La PCR di Mullis

Nel 1986 il biochimico appassionato dal surf e dalle idee un po' strambe Kary Mullis mise a punto un metodo per produrre copie di frammenti di DNA. Mediante questa tecnica detta reazione a catena della polimerasi si è in grado di produrre grosse quantità di copie di un frammento di DNA. Il campione di DNA viene posto in una soluzione che contiene molecole di DNA-polimerasi, nucleotidi, primer. Il processo si divide in tre fasi:
1) la soluzione viene scaldata affinché i due filamenti di DNA si separino (denaturazione);
2)la soluzione viene raffreddata per permetter ai primer di attaccarsi alla sequenza complementare;
3) le molecole di DNA-polimerasi cominciano ad aggiungere sequenze di nucleotidi una volta riconosciute le sequenze di innesco.

( In una famosa intervista Mullis si domandò retoricamente se avrebbe mai scoperto la PCR se non avesse assunto LSD, concludendo che ne dubitava seriamente, in quanto poteva letteralmente veder lavorare i singoli polimeri e ammettendo di avere imparato parecchio grazie a tale esperienza. Che tipo.)

Il "proofreading"

Un aspetto importante della duplicazione del DNA è che alcuni enzimi di DNA-polimerasi hanno anche la funzione di correggere alcuni errori che si verificano durante il processo, come l'aggiunta nel filamento di un nucleotide non complementare a quello del filamento stampo. Questi enzimi, dunque, invertono la loro direzione di marcia rimuovendo i nucleotidi fino ad appaiarli correttamente. Esistono diversi modi di correzione ad esempio correggendo il nucleotide non appaiato correttamente o addirittura tagliare e rimuovere parte del filamento non corretto. Ciò è molto efficace per garantire una corretta duplicazione e sviluppo. Però!

La duplicazione del DNA

 Il processo di duplicazione del DNA è definito semiconservativo poiché le due nuove doppie eliche di DNA sono formate ambedue da uno dei vecchi filamenti e da un nuovo filamento complementare. La replicazione prende avvio quando, in un punto preciso di inizio detto origine della duplicazione, l'enzima DNA-elicasi rompe i legami a idrogeno tra le basi azotate e un breve tratto della doppia elica di DNA si despiralizza. In questo modo sporgono le basi azotate del DNA originario, che servono da "modello" per la formazione del nuovo DNA. Un altro enzima, la DNA-polimerasi, si sposta lungo ciascun filamento di DNA, dall'estremità 3' all'estremità 5', per riconoscere le basi esposte del filamento "modello" e legare a esse i nucleotidi liberi con le basi complementari. Si forma così un nuovo filamento di DNA complementare al DNA che fa da "stampo". La DNA Polimerasi agisce su entrambi i filamenti, ma in quello 5'-3' va all'indietro, dato che la DNA Polimerasi avviene  
solo in direzione 5'-3'; questo filamento è chiamato filamento guida e viene sintetizzato in modo non continuo con dei segmenti chiamati "frammenti di Okazaki".
Infine, grazie all'azione della DNA ligasi, i frammenti di Okazaki vengono uniti tramite un legame covalente e tra i nucleotidi di DNA vicini.