BIOLOGIA - Lezione 8 - Sintesi Proteica e RNA

Bentornati a tutti. In questo video andremo a parlare di sintesi proteica e tratteremo le caratteristiche principali dell'RNA.

Per cominciare, dobbiamo chiederci: cos'è la sintesi proteica? Per sintesi proteica si intende la produzione di nuove proteine da parte dei ribosomi, gli organelli cellulari deputati, appunto, a leggere le informazioni presenti nel DNA e grazie a queste produrre le proteine. La cellula è quindi in grado di produrre le proteine, che ricordiamo sono utili a fare qualsiasi cosa all'interno di un organismo, dal formare il tessuto contrattile dei muscoli a formare gli anticorpi, dal colore della pelle e dei capelli alla funzione ormonale o enzimatica.

Questo perché il DNA deve essere protetto dalla cellula. Il DNA viene tenuto nel nucleo perché contiene le informazioni necessarie allo sviluppo di una cellula, motivo per cui se venisse modificato il DNA, si incorrerebbero a delle, quindi, mutazioni che porterebbero di conseguenza a malattie molto gravi, come ad esempio i tumori. Motivo per cui il DNA ha bisogno di stare stabile e protetto all'interno del nucleo, non può andarsene a spasso nel citoplasma.

Questo però porta un primo problema, e cioè se noi volessimo, appunto, andare a tradurre quello che c'è scritto sul DNA e farlo, appunto, tradurre dai ribosomi, che sono appunto gli organelli che vanno a leggere quello che c'è scritto sul DNA per produrre le proteine, come facciamo? I ribosomi non possono entrare nel nucleo e il DNA non può uscire dal nucleo. Ecco che allora il processo di sintesi proteica avviene seguendo due fasi distinte.

La prima fase si chiamerà trascrizione, esattamente come la parola da cui prende il nome, è una fase in cui viene trascritta l'informazione presente sul DNA e la seconda parte di questo processo si chiamerà traduzione, e cioè verrà tradotto il messaggio che sul DNA è scritto con le basi azotate, verrà appunto tradotto dai ribosomi in una sequenza di amminoacidi che va a comporre, quindi, la proteina finale. Allora, innanzitutto, bisogna anche, prima di partire con questo percorso in cui vedremo la trascrizione e la traduzione,

dovrete sicuramente andare a riprendere, se non li avete visti, fatelo, i video che riguardano sia le biomolecole, quindi la lezione numero due, questo perché così andiamo a fare un veloce ripasso sugli acidi nucleici e le proteine, quindi le proteine sono composte da amminoacidi, gli acidi nucleici da nucleotidi con le basi azotate, e poi nel caso non l'abbiate ancora visto, vi consiglio fortemente di andare a vedere anche la lezione numero cinque, quella in cui si parla del nucleo e del DNA. Questo perché sicuramente, in questo modo, avrete le idee molto più chiare rispetto a tutto questo processo. Ecco, quindi, abbiamo il DNA che non può uscire dal nucleo, sul DNA ci sono scritte, grazie alle basi azotate, le informazioni per produrre le proteine.

Il tratto di DNA che produce la proteina si chiama gene. Chi è che andrà a copiare quello che c'è scritto sul DNA e lo trasporterà nel citoplasma, così da trasmettere le informazioni ai ribosomi?

Sarà proprio una molecolina che si chiama RNA. RNA sta per acido ribonucleico e, sostanzialmente, una catena di nucleotidi a singolo filamento.

Questo singolo filamento di RNA va a copiare le informazioni che ci sono sul DNA.

L'RNA è una molecola molto più labile e molto più fluida rispetto al DNA, può essere anche modificata più facilmente, perché viene anche distrutta più facilmente.

Ecco che l'RNA, quindi, può uscire dal nucleo cellulare, trasferirsi nel citoplasma e andare sui ribosomi e venire letto da essi. I ribosomi, andando a leggere la catena di RNA, andranno ad aggiungere un amminoacido all'altro per produrre le proteine finali.

Ma prima di tutto, dobbiamo, ovviamente,

partire a vedere che cos'è l'RNA.

Questo perché è parte essenziale di questi processi.

Allora, innanzitutto, abbiamo detto che DNA e RNA sono polimeri molto simili tra loro. Le differenze principali nella loro struttura sono poche, ovviamente, ma sostanziali. E andiamole a vedere.

La prima differenza più grande è che lo zucchero che si alterna ai gruppi fosfato per costruire il filamento polinucleotidico è il ribosio, mentre nel DNA è presente il desossiribosio.

Cosa cambia? Semplicemente il desossiribosio presenta un ossigeno in meno.

La seconda grande differenza è costituita da una delle quattro basi azotate. Sul DNA abbiamo le basi azotate che sono A, T, C e G.

Ecco, nell'RNA, al posto della T, troviamo la U, cioè al posto della timina, troviamo l'uracile. Cosa cambia? Sostanzialmente nulla, e cioè la U viene utilizzata esattamente come il DNA utilizza la T, e cioè la T va ad appaiarsi con la A nei filamenti di DNA.

Ecco, sull'RNA, la U andrà ad appaiarsi alla A, esattamente come faceva la T sul DNA.

Solo che piccola differenza, tra l'altro, se andassimo a vedere anche la struttura molecolare tra la U e la T, veramente sono quasi identiche.

Quindi, piccola differenza è appunto questo scambio di basi, e cioè nell'RNA, al posto della T, c'è la U, e quindi tutte le volte che dovremmo trovare una T, sull'RNA, invece, verrà accoppiata una U.

Terza differenza riguarda la struttura della catena polinucleotidica.

Questo perché l'RNA presenta, salvo alcune eccezioni, un filamento singolo, come vedete qua anche in figura.

Presenta un singolo filamento rispetto al DNA, invece, che è presente in doppio filamento ad elica.

E dell'RNA esistono, a loro volta,

vari tipi.

Noi oggi andiamo a trattare i tre tipi principali di RNA.

Sono allo studio e in molti progetti scientifici li trovate, altri tipi di RNA che si chiamano Sirna, si chiamano Mirna, cioè micro RNA, oppure short interference RNA, ok? Poi ci sono gli LRNA, cioè i long non-coding RNA.

Ma noi questi, tutti questi tipi di RNA, tra l'altro, scoperti, possiamo dire, recentemente, di questi tipi non andremo a parlare.

Andremo a parlare, invece, degli RNA di più antica scoperta e che sono più utili per descrivere i processi che andremo a vedere, appunto, di trascrizione e traduzione.

Sono anche i tipi di RNA più famosi, ricordatevi solamente che l'RNA dentro la cellula ha tantissime tipi di mansioni diverse.

È una molecola, come abbiamo già detto, molto labile, molto duttile, è molto malleabile, si presta a fare numerosi lavori dentro la cellula.

Quindi, ricordiamoci solo questa cosa qua.

In questo momento, quindi, noi andiamo a vedere il primo tipo di RNA utile per il nostro processo.

Viene chiamato RNA messaggero, abbreviato come mRNA, ed è la molecola che svolge la funzione proprio di intermediario tra DNA e proteine.

E cioè esattamente il filamento di RNA su cui viene copiata l'informazione presente sul DNA.

Il secondo tipo di RNA utile alla nostra lezione è l'RNA di trasporto, o tRNA.

Il tRNA ha una struttura tridimensionale un po' complessa.

Lo vedete qua a destra, ha una struttura tendenzialmente fatta a T, ok? Esattamente come il nome che ha, appunto.

tRNA, una struttura fatta a trifoglio, a T, a croce, ecco, possiamo chiamarla come preferiamo.

La cosa molto importante del tRNA, il l'RNA di trasporto, è che lega a un'estremità un amminoacido particolare.

Infatti, il nome deriva proprio dal fatto che lui trasporta gli amminoacidi.

Esistono vari tipi di tRNA, in base al fatto che hanno una tripletta di basi differente.

Vedremo che più avanti ogni tripletta di basi codifica per un amminoacido.

Ed ecco, ogni tripletta di basi differente comporterà che sul tRNA sia presente un amminoacido particolare.

Quindi, il tRNA, abbiamo detto, trasporta gli amminoacidi a chi? Al ribosoma.

E allora andiamo a vedere come è composto il ribosoma.

E scopriamo che anche il ribosoma, cioè questo organello cellulare, è composto anch'esso da RNA.

È composto, ovviamente, anche in parte da proteine, ma principalmente da un RNA che noi chiameremo ribosomiale, e cioè r minuscolo RNA.

L'RNA ribosomiale svolge principalmente una funzione strutturale. Quindi, le molecole di rRNA, infatti, non vengono tradotte in proteine,

ma costituiscono solamente i ribosomi, cioè gli organuli cellulari su cui avviene la sintesi proteica.

Quindi, vediamo che queste sono due subunità che andranno a formare il ribosoma.

Il ribosoma è formato proprio in questo modo, e cioè ha due subunità che vanno ad unirsi.

E queste due subunità sono fatte proprio da RNA, che viene chiamato ribosomiale.

Questa cosa è molto particolare, siamo abituati a vedere che gli organelli cellulari sono fatti o da proteine.

In questo caso, invece, è un organello costituito principalmente da RNA.

Quindi, l'organello è fatto da RNA, gli amminoacidi glielo porta un tipo di RNA chiamato di trasporto.

E questo organello fatto da RNA legge un altro tipo di RNA che si chiama messaggero.

Vedete, quindi, come l'RNA sia una molecola molto duttile.

Può andare a formare tantissime strutture diverse nella cellula.

Motivo per cui ne abbiamo parlato in maniera un pochino più approfondita in questo momento.

E quindi, abbiamo detto che nel DNA sono presenti le informazioni che porteranno poi,

grazie alla loro lettura, alla sintesi delle proteine.

Ecco, questo è il dogma centrale della biologia.

E cioè si è scoperto, e ovviamente si chiama dogma non tanto perché ci si fidi e basta,

ma perché, diciamo, non c'è una spiegazione razionale a questo.

La natura ha deciso che funziona in questo modo, e noi, semplicemente, abbiamo preso atto di questa decisione della natura.

E cioè di trasportare l'informazione, e anzi, far risiedere l'informazione nel DNA,

e trasportarla e tradurla, soprattutto, in proteine.

Quindi, nel DNA è presente l'informazione, il DNA viene letto,

e vengono prodotte le proteine.

Abbiamo detto che questa trasformazione, quindi, delle informazioni da DNA,

quindi da acidi nucleici a proteine, quindi insieme di amminoacidi,

avviene grazie a due processi molto particolari.

Questi processi sono la trascrizione, che avviene nel nucleo della cellula,

e consiste nella produzione di RNA messaggero che va a copiare il DNA.

Quindi, è proprio una trascrizione vera e propria.

E poi c'è la traduzione.

E cioè la traduzione, cosa si intende per traduzione?

Cos'è che si va a tradurre?

Ecco, la traduzione avviene sul ribosoma.

E cioè, sostanzialmente, il ribosoma va a tradurre il linguaggio delle basi azotate,

e cioè A, T, C, G, che vanno a susseguirsi in maniera casuale anche.

Ecco, il ribosoma deve riuscire a leggere queste basi azotate,

e trasformarle in una sequenza di amminoacidi, quindi, tradurle in una sequenza di amminoacidi,

che andranno poi a formare la proteina finale.

Come funziona questo processo? Allora, tendenzialmente, nell'organismo umano,

vengono utilizzati 20 amminoacidi.

Quindi, abbiamo 20 amminoacidi diversi, questo l'abbiamo già detto, appunto, nella lezione numero due,

quando parlavamo delle biomolecole.

Ecco che la capacità del DNA di alternare le basi A, T, C, G per andare a produrre in varie combinazioni questi amminoacidi è molto grande.

Si è visto che ogni tre basi del DNA viene aggiunto un amminoacido particolare.

E cioè si dice che ogni tre basi di DNA codificano per un amminoacido.

Le tre basi di DNA che codificano per un amminoacido vengono anche chiamate codone.

Quindi, se ogni tanto utilizzerò questa parola, il codone è esattamente la tripletta di basi che codifica per un amminoacido.

Abbiamo varie triplette di basi, quindi, vari codoni che sono ridondanti, si dice.

E cioè alcuni codoni possono codificare per lo stesso amminoacido.

Ad esempio, ci possono essere tre, anche quattro, triplette di basi che codificano per il codone di stop.

Ecco, invece, una cosa molto particolare è che il codone di start, cioè l'inizio della proteina,

è sempre una metionina, e cioè noi abbiamo un solo tipo di tripletta di basi,

che va a darci lo start, va a darci la partenza per produrre una proteina.

Andiamo a servirci di un'animazione in 3D.

Ecco, allora, che grazie a questa animazione in 3D, andiamo a vedere come funziona la trascrizione e la traduzione.

Vediamo, innanzitutto, una cellula,

con la sua membrana citoplasmatica.

Entrando dentro la cellula, troviamo il nucleo.

All'interno del nucleo cellulare è presente il DNA,

che può formare i cromosomi o meno.

In ogni caso, ricordiamoci, i cromosomi sono semplicemente del DNA compattato.

L'abbiamo già visto nella lezione numero cinque.

Ecco, per formare questo cromosoma, il DNA va a compattarsi, ad arrotolarsi intorno a delle proteine che vengono chiamate istoni.

Ricordiamo che il tratto di DNA che va a tradurre poi per una proteina si chiama gene.

E allora, abbiamo l'RNA polimerasi che va a posizionarsi all'inizio di un gene.

E grazie al fatto che ci sono dei ribonucleotidi sparsi nel citoplasma nucleare,

l'RNA polimerasi va ad aggiungere un ribonucleotide all'altro, andando a copiare la sequenza genica presente sul DNA.

Quando l'RNA messaggero viene prodotto,

ci saranno poi dei passaggi che vengono chiamati post-trascrizionali.

Ecco, questi passaggi sono molto complessi, uno dei quali, ad esempio, è lo splicing,

ma li andremo a trattare in video successivi.

Dopo che, quindi, l'mRNA viene elaborato,

si trasferisce nel citoplasma.

E va a posizionarsi su un ribosoma.

Le due unità ribosomiali vanno ad assemblarsi proprio quando trovano l'inizio dell'RNA messaggero.

Abbiamo detto che l'mRNA viene letto tre basi alla volta dal ribosoma.

Una porzione di tre basi di RNA messaggero si chiama codone.

E abbiamo detto, quindi, che ogni tripletta di basi, e cioè ogni codone, corrisponde ad un amminoacido,

che verrà aggiunto dall'RNA di trasporto.

Vediamo, quindi, che un amminoacido dopo l'altro, grazie ai rispettivi tRNA che vanno a posizionarsi leggendo la catena di RNA messaggero,

ogni amminoacido, appunto, viene aggiunto uno all'altro, legandosi grazie al legame peptidico,

andrà a formare la catena polipeptidica che porterà poi, appunto, alla formazione della proteina finale.

Questa lunga catena di amminoacidi andrà a ripiegarsi per poi dare, appunto,

la conformazione della proteina finale.

E con questo abbiamo finito anche questa lezione.

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Io vi saluto e vi do appuntamento alla prossima lezione.