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In conclusione:
un gene
esercita la sua influenza sul feno-
tipo dell’organismo proprio perché è preposto alla produzione
di
un enzima
(
fig. 17
).
Poiché anche la sintesi delle proteine strutturali è regolata dai
geni, la teoria è stata ridenominata in “
un gene – una pro-
teina
”; più correttamente, “
un gene – un polipeptide
”, dato
che le proteine possono essere composte da più polipeptidi
codificati da geni differenti.
Oggi però sappiamo che il polipeptide neosintetizzato può es-
sere a sua volta modificato da sofisticati meccanismi regolativi,
per cui da esso possono derivare varie tipologie di prodotto
finale. In conclusione, la teoria può oggi essere ridenominata
come
“un gene – più polipeptidi
”.
C
hiave
di
lettura
La sintesi proteica traduce l’informazione
contenuta nella sequenza nucleotidica del Dna
in una sequenza di amminoacidi
Il nuovo problema che sorge a questo punto consiste nel
capire in che modo il DNA dirige la formazione delle proteine.
Il processo prevede di legare fra loro diversi amminoacidi, il
che richiede un apporto di energia “in salita”. Non si tratta solo
di mettere insieme 100 o 1.000 amminoacidi a caso ma di pro-
durre una sequenza di amminoacidi rigorosamente specifica.
Se pensiamo che ogni posizione può essere occupata
da uno dei 20 amminoacidi, è chiaro che una sequenza di 20
amminoacidi, relativamente piccola per una proteina, non può
essere riprodotta in modo fedele, se non sulla base di una
informazione ben definita; infatti, la probabilità di disporli cor-
rettamente a caso è quasi nulla: 1 su 20
100
.
Lasciare che il processo avvenga in modo casuale è quin-
di impossibile: è necessario disporre di istruzioni adeguate.
Una delle grandi conquiste della biologia molecolare è stata
proprio quella di avere riconosciuto l’esistenza di un
sistema
C
apitolo 12
j
Le basi molecolari dell’ereditarietà
19
TRADUZIONE
cellula
enzima
immaturo
enzima
attivo
siti
attivi
citoplasma
nucleo
DNA
RNA messaggero
gene 1
Fig.11.14 gene-proteina
TRASCRIZIONE
Fig. 17
Il DNA, base molecolare dei geni, dirige la formazione
delle proteine così come la duplicazione di se stesso.
di trasmissione dell’informazione
all’interno della cellula,
che le consenta di realizzare il proprio progetto interno e di
trasmetterlo alle cellule figlie.
Tra gli anni Sessanta e Settanta del XX secolo numerosi
esperimenti condotti da vari scienziati hanno consentito di chia-
rire le tappe del meccanismo di sintesi proteica. Si è stabilito che:
•
il DNA di un gene dirige, per complementarietà di basi, la
formazione di un particolare tipo di RNA (RNA messaggero
o mRNA) che porta il messaggio dal DNA ai ribosomi (pro-
cesso di
trascrizione
);
•
l’RNA messaggero dirige a livello dei ribosomi la polimeriz-
zazione degli amminoacidi che compongono la corrispon-
dente proteina (processo di
traduzione
).
La strada seguita dal
flusso delle informazioni è a sen-
so unico
: dal DNA si dirige all’RNA e da questo alle proteine,
che lo trasformano nelle più svariate funzioni. Tale relazione
è comunemente conosciuta come
dogma centrale
della
biologia molecolare
e la sua attuazione, ovvero l’incessante
procedere della sintesi proteica, rappresenta indubbiamente
il fulcro di ogni attività cellulare. Tuttavia, di recente il dogma
è stato “infranto” dalla scoperta di un enzima, la trascrittasi
inversa, che consente la sintesi del DNA a partire da RNA: tale
processo è detto di trascrizione inversa.
Stabilita la relazione tra DNA e sintesi delle proteine, un
altro punto importante da chiarire è il modo con cui l’informa-
zione contenuta nel DNA e nell’mRNA, sotto forma di sequenza
di nucleotidi, possa essere tradotta in sequenza di amminoacidi
propria della proteina corrispondente. In altri termini, ci si trova
di fronte a un problema simile alla decifrazione di una lingua
sconosciuta: come nel caso dei geroglifici egiziani, è necessario
un codice per passare dalla lingua nota a quella sconosciuta.
Il codice genetico permette la traduzione
dal linguaggio del Dna a quello della proteina
La decifrazione del codice genetico nel 1966, per la qua-
le fu fondamentale il contributo del biochimico statunitense
Marshall W. Nirenberg
, ha rappresentato uno dei momenti
più suggestivi della biologia molecolare. Come si è già visto, il
DNA si serve di quattro elementi diversi, le
quattro
basi azotate
(adenina, timina, guanina, citosina) per comporre un determi-
nato messaggio. Le proteine, d’altro canto, sono costituite in
tutto da
venti
amminoacidi differenti.
Con il termine
codice genetico
si è soliti indicare quell’in-
sieme di regole che collegano la sequenza degli amminoacidi
nelle proteine con la sequenza delle basi presenti nel DNA. Per
comprendere la chiave di tale collegamento basta effettuare un
semplice calcolo: le basi sono 4 in tutto, gli amminoacidi sono 20.
Se ciascun amminoacido venisse
codificato
(cioè “ricono-
sciuto”) da una singola base, si potrebbero riconoscere in tutto
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Il codice genetico e la sintesi proteica
Genetic code and protein synthesis
ANCHE NEL DVD
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