La trascrizione consiste nella creazione di una copia del gene, di cui necessita la cellula in un determinato momento, sotto forma di RNA messaggero (mRNA) e determina la sintesi anche degli altri due tipi di RNA: RNA transfer e RNA ribosomiale, che partecipano alla fase di traduzione.
Il processo avviene nel citoplasma dei Procarioti e nel nucleo degli Eucarioti e richiede:
- uno dei due filamenti del DNA, relativo al gene che deve esprimersi in quel momento, che funga da stampo (filamento stampo o antisenso, orientato in direzione 3' → 5'); l'altro è chiamato filamento codificante o senso; il filamento stampo non è sempre lo stesso per ogni gene;
- la RNA polimerasi, che srotola la parte di DNA interessata e appaia i nucleotidi di RNA complementari; essa non necessita di innesco, non effettua correzione degli errori e, diversamente dalla DNA polimerasi, è formata da numerose subunità fra cui la σ, non legata strettamente alle altre, che riconosce i segnali di inizio nel DNA;
- i nucleotidi trifosfati.
Mentre nei Procarioti è utilizzata una sola RNA polimerasi, negli Eucarioti ne sono impiegate tre:
- RNA polimerasi I: trascrive i geni dell’RNA ribosomiale;
- RNA polimerasi II: trascrive i geni che codificano per le proteine;
- RNA polimerasi III: trascrive i geni che codificano per gli RNA transfer.
Il processo di trascrizione si svolge in quattro tappe:
- riconoscimento,
- inizio,
- allungamento,
- terminazione.
Riconoscimento
Ogni gene ha una sequenza che lo precede chiamata promotore. Essa serve da avvio della trascrizione e da riconoscimento per l'aggancio dell'RNA polimerasi. Indica inoltre quale dei due filamenti deve essere trascritto, cioè il filamento stampo. Una parte del promotore è il sito di inizio della trascrizione.
Il promotore possiede una sequenza di basi T e A, chiamata TATA box, vicina al sito d'inizio.
Nei Procarioti l'RNA polimerasi, che per iniziare la trascrizione richiede soltanto il fattore σ, scorre lungo il filamento di DNA stampo fino a quando non trova la sequenza TATA box nel promotore del gene che deve esprimersi.
Negli Eucarioti La RNA polimerasi II richiede la presenza di numerosi fattori di trascrizione per il riconoscimento del promotore, per posizionarvi l'RNA polimerasi II, per separare la doppia elica.
Innanzitutto il fattore TBP (proteina TATA-legante) riconosce la sequenza TATA box e si lega ad essa, poi si aggiungono la RNA polimerasi II e gli altri fattori. L'insieme è detto complesso chiuso di trascrizione poiché il doppio filamento di DNA non è ancora despiralizzato.
Inizio
Uno dei fattori di trascrizione aiuta la separazione dei due filamenti di DNA in prossimità di TATA box esponendo il filamento stampo e formando la bolla di trascrizione. Si crea dunque il complesso aperto.
L'orientamento del promotore indica quale filamento deve funzionare da stampo e la direzione verso cui si sposta la RNA polimerasi.
Allungamento
La RNA polimerasi guida i nucleotidi attivati di RNA sul filamento stampo, secondo le regole della complementarietà e li lega in posizione 3' nel filamento in allungamento con legami fosfodiesterici.
La direzione è quindi 5' → 3', come nel DNA, ma la trascrizione riguarda un solo filamento e non c'è bisogno del primer.
Ricordiamo che nell'RNA si trova l'uracile al posto della timina, perciò il filamento di mRNA ottenuto è identico al filamento non trascritto, ma con U al posto di T.
L'avanzamento della bolla provoca tensioni nella doppia elica per cui intervengono delle topoisomerasi per impedire i superavvolgimenti.
Man mano che la sintesi procede, il trascritto di mRNA si stacca e la molecola di DNA si richiude dietro di sé.
Negli Eucarioti ci possono essere più RNA polimerasi II che contemporaneamente trascrivono.
Terminazione
Giunta nel sito di terminazione, la RNA polimerasi non aggiunge più nucleotidi e il processo termina.
L'RNA messaggero prodotto negli Eucarioti è detto trascritto primario, perché subisce modifiche (che vedremo più avanti) prima della traduzione.
