28.0.1. Una panoramica della sintesi dell’RNA:

La sintesi dell’RNA, o trascrizione, è il processo di trascrizione delle informazioni sulla sequenza di nucleotidi del DNA in informazioni sulla sequenza di RNA. La sintesi dell’RNA è catalizzata da un grande enzima chiamato RNA polimerasi. La biochimica di base della sintesi dell’RNA è comune ai procarioti e agli eucarioti, anche se la sua regolazione è più complessa negli eucarioti. La stretta connessione tra la trascrizione procariotica ed eucariotica è stata splendidamente illustrata dalle strutture tridimensionali recentemente determinate di RNA polimerasi rappresentative di procarioti ed eucarioti (Figura 28.1). Nonostante le differenze sostanziali nelle dimensioni e nel numero di subunità polipeptidiche, le strutture complessive di questi enzimi sono abbastanza simili, rivelando una comune origine evolutiva.

La sintesi dell’RNA, come quasi tutte le reazioni biologiche di polimerizzazione, avviene in tre fasi: iniziazione, allungamento e terminazione. L’RNA polimerasi svolge molteplici funzioni in questo processo:

Cerca nel DNA i siti di iniziazione, chiamati anche siti promotori o semplicemente promotori. Per esempio, il DNA di E. coli ha circa 2000 siti promotori nel suo genoma di 4,8 × 106 bp. Poiché queste sequenze si trovano sulla stessa molecola di DNA dei geni da trascrivere, sono chiamate elementi cis-acting.

Svolge un breve tratto di DNA a doppia elica per produrre un modello di DNA a singolo filamento da cui prende le istruzioni.

Seleziona il ribonucleoside trifosfato corretto e catalizza la formazione di un legame fosfodiestere. Questo processo si ripete molte volte mentre l’enzima si muove unidirezionalmente lungo il modello di DNA. La RNA polimerasi è completamente processuale – una trascrizione è sintetizzata dall’inizio alla fine da una singola molecola di RNA polimerasi.

Rileva i segnali di terminazione che specificano dove finisce una trascrizione.

Interagisce con proteine attivatrici e repressorie che modulano il tasso di inizio della trascrizione in un ampio intervallo dinamico. Queste proteine, che giocano un ruolo più importante negli eucarioti che nei procarioti, sono chiamate fattori di trascrizione o elementi di trascrizione. L’espressione genica è controllata principalmente a livello della trascrizione, come sarà discusso in dettaglio nel capitolo 31.

La reazione fondamentale della sintesi dell’RNA è la formazione di un legame fosfodiestere. Il gruppo 3′-idrossile dell’ultimo nucleotide della catena attacca nucleofilicamente il gruppo α-fosfato del nucleoside trifosfato in arrivo con il rilascio concomitante di un pirofosfato (vedi Figura 5.25). Questa reazione è termodinamicamente favorevole, e la successiva degradazione del pirofosfato a ortofosfato blocca la reazione nella direzione della sintesi dell’RNA.

La chimica della sintesi dell’RNA è identica per tutte le forme di RNA, compreso l’RNA messaggero, l’RNA transfer e l’RNA ribosomiale. I passi di base appena descritti si applicano anche a tutte le forme. I loro processi sintetici differiscono principalmente nella regolazione, nell’elaborazione post-trascrizionale e nella polimerasi specifica che vi partecipa.