Acido ribonucleico, o RNA, svolge diversi ruoli vitali nella vita di una cellula. Agisce come un messaggero, trasmettendo il codice genetico dall'acido desossiribonucleico, o DNA, al macchinario di sintesi proteica della cellula. L'RNA ribosomiale si unisce alle proteine per formare i ribosomi, le fabbriche proteiche della cellula. L'RNA di trasferimento trasporta gli amminoacidi in filamenti proteici in crescita mentre i ribosomi traducono l'RNA messaggero. Altre forme di RNA aiutano a controllare l'attività cellulare. L'enzima RNA polimerasi, o RNAP, che ha diverse forme, è responsabile dell'allungamento della catena dell'RNA durante la trascrizione del DNA.
Struttura della RNA polimerasi
Nelle cellule eucariotiche, cioè cellule con nuclei organizzati, i diversi tipi di RNAP sono etichettati da I a V. Ognuno ha una struttura leggermente diversa e ognuno crea un diverso insieme di RNA. Ad esempio, RNAP II è responsabile della creazione di RNA messaggero o mRNA. Le cellule procariotiche (che non hanno nuclei organizzati) hanno un tipo di RNAP. L'enzima è costituito da diverse subunità proteiche che svolgono varie funzioni durante la trascrizione. Un sito attivo contenente un atomo di magnesio è la posizione all'interno dell'enzima in cui si allunga l'RNA. Il sito attivo aggiunge gruppi zucchero-fosfato al filamento di RNA in crescita e attacca le basi nucleotidiche secondo le regole di accoppiamento delle basi.
Abbinamento Base Base
Il DNA è una lunga molecola con una spina dorsale composta da unità alternate di zucchero e fosfato. Una delle quattro basi nucleotidiche - molecole a uno o due anelli contenenti azoto - pende da ogni unità di zucchero. Le quattro basi del DNA sono etichettate con A, T, C e G. La sequenza delle coppie di basi lungo la molecola del DNA determina la sequenza degli amminoacidi nelle proteine sintetizzate dalla cellula. Il DNA di solito esiste come una doppia elica in cui le basi di due filamenti si legano tra loro secondo regole di base-paring: le basi A e T formano un insieme di coppie, mentre C e G formano l'altro insieme. L'RNA è una molecola correlata a singolo filamento che osserva le stesse regole di accoppiamento delle basi durante la trascrizione del DNA, ad eccezione della sostituzione della base U per T nell'RNA.
Inizio della trascrizione
I fattori di iniziazione proteica devono formare un complesso con una molecola di RNA polimerasi prima che possa iniziare la trascrizione. Questi fattori consentono all'enzima di legarsi alle regioni del promotore - punti di attacco per diverse unità di trascrizione - su un filamento di DNA. Le unità di trascrizione sono sequenze di uno o più geni, che sono le porzioni che specificano la proteina di un filamento di DNA. Il complesso della RNA polimerasi crea una bolla di trascrizione decomprimendo una porzione della doppia elica del DNA all'inizio dell'unità di trascrizione. Il complesso enzimatico inizia quindi ad assemblare l'RNA leggendo il filamento stampo del DNA una base alla volta.
Allungamento e terminazione
Il complesso della RNA polimerasi potrebbe fare molte false partenze prima che inizi l'allungamento. In una falsa partenza, l'enzima trascrive circa 10 basi e poi interrompe il processo e ricomincia. L'allungamento può iniziare solo quando l'RNAP rilascia i fattori proteici iniziatori ancorandolo alla regione del promotore del DNA. Una volta che l'allungamento è in corso, l'enzima arruola fattori di allungamento per aiutare a spostare la bolla di trascrizione lungo il filamento di DNA. La molecola RNAP in movimento allunga il nuovo filamento di RNA aggiungendo unità zucchero-fosfato e basi nucleotidiche che completano le basi sullo stampo del DNA. Se l'RNAP scopre una base non appaiata, può scindere e risintetizzare il segmento di RNA errante. La trascrizione termina quando l'enzima legge una sequenza di arresto sul modello di DNA. Al termine, l'enzima RNAP rilascia il trascritto dell'RNA, i fattori proteici e lo stampo del DNA.