sabato 24 settembre 2011

XVI - Identificare un gene sul DNA


Adesso che sappiamo che cosa è un gene ci si pone un altro problema. Come facciamo a trovarlo? La molecola di DNA presente in un cromosoma è estremamente lunga e contiene numerosi geni. Immaginate il cromosoma di un batterio contenente una molecola di DNA di 2 milioni di nucleotidi e provate ad identificare un singolo gene lungo 1000 nucleotidi (che codifica per una proteina di 330 aminoacidi). In assenza di segnali specifici la cosa è praticamente impossibile anche perché voi non conoscete la sequenza del gene. Inoltre non vi sarà sfuggito che la molecola di DNA è costituita da due filamenti e la sequenza che viene tradotta in proteina può essere presente sul filamento Watson oppure su quello Crick. E’ un po’ come se entraste in nella biblioteca nazionale di Parigi e doveste da soli trovare uno dei 13 milioni di libri. Se non avete delle indicazioni circa la posizione del libro potete passare tutta la vostra vita nell’interno della biblioteca. Questo per dire che il macchinario deputato alla sintesi delle proteine deve operare delle operazioni complesse per identificare e leggere le informazioni contenute nei geni: 
1-    capire se un gene è presente sul filamento Watson o su quello Crick.
2-    Riconoscere il codone di Inizio. Ci sono molti AUG presenti sulla sequenza di DNA, in media un AUG ogni 64 nucleotidi. Ovviamente solo alcuni sono codoni di inizio. Il problema è capire quali. Questo è possibile grazie a particolari sequenze di DNA immediatamente a monte (al 5’) del frammento che codifica la proteina. Queste sequenze (veri e propri puntatori che come delle bandiere marcano la posizione del gene sul DNA) vengono chiamate (per motivi che vedremo in seguito) Promotore.
3-    Riconoscere il codone di Stop. Ci sono numerosi codoni di STOP in un gene ma quelli che vengono riconosciuti come tali sono solo quelli che hanno lo stesso ordine di lettura (reading frame) dei codoni codificanti. Voglio fare un esempio per cercare di chiarire questo punto. Prendiamo la parola FINE e diciamo che questa segni il punto in cui bisogna smettere di leggere. Semplice no? Se però non abbiamo un criterio di lettura la cosa può essere molto complicata. Consideriamo la frase “INIZIO- Giorgio ha i baffi neri –FINE”. Se non seguiamo delle regole precise per leggere è evidente che potremmo trovare un’altra parola “fine” all’interno della frase “INIZIO – Giorgio ha i baf fine ri”. Questo per ricordare che la macchina che deve leggere il messaggio e tradurlo in proteina sa che deve spostarsi di tre nucleotidi /lettere ogni volta.
4-    Sapere quando e in risposta a che stimoli leggere un gene. Ad esempio i geni di risposta allo stress termico vengono letti solo quando la cellula è sottoposta a temperature maggiori di quelle fisiologiche. In altre parole non tutti i geni sono attivi contemporaneamente ma solo quelli richiesti per la vita della cellula.
Sulla base di queste informazioni possiamo operare una prima precisazione del nostro concetto di gene: Il gene è l’insieme della regione di regolazione (promotore) e di quella codificante. In questa definizione è contenuto anche il concetto 1 gene = 1 proteina. Vedremo che anche questa definizione del concetto di gene deve essere rivista alla luce dei recenti sviluppi della ricerca. Tuttavia in prima approssimazione possiamo operativamente usare questa definizione per iniziare a focalizzare il problema. Per il momento quello che è importante tenere a mente è che esiste una relazione specifica tra la sequenza nucleotidica del DNA e la sequenza aminoacidica delle proteine. Proprio per questo il DNA può venir visto come una specie di banca in cui è depositata e conservata tutta l’informazione necessaria per formare tutte le proteine presenti in un essere vivente. Una banca che viene tramandata da generazione in generazione e da cellula a cellula. 

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