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L’anima delle cellule.
di Fernanda Annesi  ( fernanda_65@yahoo.it )

29 maggio 2008






L'immaginazione è più importante della conoscenza.


I racconti del laboratorio - 3

 

"Imagination is more important than knowledge" - Albert Einstein

Questa foto..., mi viene da accostarla all’immaginazione, non a ciò che si vede in superficie usando solo la vista fra i sensi, ma allungando su quello che c’è oltre, nella profondità. Vista così di fronte dà però l’idea della limpidezza, della trasparenza, come potrebbe essere la parte essenziale; come sempre dipende dall’angolazione da cui ci posizioniamo ad osservare.

Quando il responsabile del laboratorio ti consegna le chiavi è un segno di grande fiducia sulle tue capacità, puoi rimanervi da solo e andarci quando vuoi, ogni volta che ne hai voglia. Anche nei pomeriggi piovosi delle domeniche invernali, quando il tuo pensiero è strettamente connesso ad un esperimentino di costruzione di DNA ricombinante e successiva trasformazione in un sistema procariotico. Quando sei in totale empatia e armonia con le cellule di Escherichia coli. Hanno accompagnato una parte importante della mia vita, forse una delle più belle! Ma qui le cose si complicano, diciamo che si và in laboratorio nei giorni di festa anche perché quel tè sorseggiato all’imbrunire un po’ fa paura, mette agitazione, è preferibile rimanere da soli fra gli odori un po’ acri e un po’ dolciastri delle varie soluzioni, fra le provette, le pipette e i terreni di coltura. Ecco, forse uno dei profumi si incomincia a definire: il terreno di coltura dei batteri, che contiene, fra gli altri componenti, anche del yeast extract (estratto di lievito). Solo ad un topo di laboratorio può far piacere questo odore...

Riagganciamo un momento la nostra macromolecola. La doppia elica, le basi azotate, lo zucchero, i gruppi fosfato, i legami idrogeno fra purine e pirimidine...

È la struttura stessa della molecola, la sua organizzazione chimica che permette la trasmissione fedele dell’informazione genetica attraverso le generazioni. Nella complementarietà fra le basi impilate all’interno della doppia elica risiede la capacità del DNA di duplicarsi, fornire copie esatte di se stesso. La duplicazione avviene a ogni divisione cellulare, in modo tale che le cellule figlie vengono ad avere una copia del patrimonio genetico parentale. In una fase iniziale i due filamenti si despiralizzano e si separano a livello dei legami idrogeno fra le basi, quindi la molecola si apre come una cerniera lampo, ogni filamento funziona ora come stampo per la sintesi di due nuovi, seguendo la regola della complementarietà fra le basi. Se sul vecchio filamento è presente per esempio una T sul nuovo potrà esserci solo una A, lo stesso vale per la G e la C.

Come la maggior parte delle reazioni biochimiche anche la duplicazione del DNA richiede l’intervento di un gran numero di enzimi (proteine che catalizzano le reazioni), ognuno dei quali interviene in un particolare momento.

Innanzitutto il punto di origine della replicazione richiede l’ausilio di alcune proteine che denaturano parzialmente la doppia elica e ne mantengono la denaturazione. Quindi abbiamo le elicasi che separano i due filamenti e le SSBP (single strand binding proteins) che si legano ad essi mantenendoli separati. Una volta separati inizia la vera fase di sintesi di ogni filamento ad opera della DNA-polimerasi. La molecola viene ad assumere una forma ad Y, nota come forcella di replicazione, dalla quale parte la sintesi nelle due direzioni opposte. La DNA-polimerasi è in grado di catalizzare la sintesi solo in direzione 5’-3’ e dal momento che la polarità dei due filamenti è opposta un filamento viene ad essere copiato in maniera continua, il filamento veloce, mentre l’altro, quello lento, genera dei corti filamenti, i cosiddetti frammenti di Okazaki, i quali vengono successivamente legati ad opera della DNA ligasi. Un’ultima precisazione, la DNA-polimerasi richiede degli inneschi detti primer, ossia piccoli segmenti di RNA (acido ribonucleico) complementari allo stampo, da cui iniziare l’incorporazione.

Alla fine del processo avremo due molecole di DNA uguali a quella di origine, ognuna delle quali sarà composta da un filamento parentale ed uno di nuova sintesi, per cui la replicazione è definita semiconservativa. Una caratteristica della DNA-polimerasi è la sua attività di correzione delle bozze, ossia questo enzima è in grado di rilevare un errore di appaiamento, un nucleotide sbagliato e di rimuoverlo inserendo quello corretto.

Sono passati molti ma non troppi anni e nel mio cassetto dei ricordi, quello preferito e difficile da aprire, conservo gelosamente quel mazzo di chiavi che non sono mai riuscita a consegnare. Hanno segnato un’epoca, hanno delineato e dipinto un quadro dentro di me denso di colori, non sgargianti ma delicati che è difficile perdano di intensità. Sono quelli della curiosità più viva che alimenta i bianchi e i neri, i momenti della vita in cui le tonalità risultano grigie e senza alcun colpo di scena.

Il DNA rappresenta il codice genetico le cui informazioni dirigono, regolano le varie strutture e funzioni biologiche attraverso l’attività delle proteine. Le proteine sono costituite da una sequenza lineare di subunità chiamate aminoacidi, di cui ne esistono 20 diversi tipi, uniti fra loro a formare una o più catene polipeptidiche. Il numero e il tipo di aminoacidi, la sequenza determinano la struttura e la funzione della proteina stessa. La successione delle basi azotate nel DNA determina la sequenza degli aminoacidi in una catena polipeptidica, ossia l’informazione genetica viene tradotta in un processo chiamato sintesi proteica grazie alla presenza di una molecola intermedia, l’acido ribonucleico, l’RNA.

 

 Si tratta di una molecola simile al DNA dal punto di vista chimico, dalla quale si differenzia per lo zucchero, che è il ribosio al posto del desossiribosio; l’uracile al posto della timina e la maggior parte è a singolo filamento. Esistono tre tipi di RNA, che differiscono per struttura e funzione, il messaggero mRNA, il ribosomale rRNA, quello di trasporto tRNA.

L’mRNA è così chiamato perché deputato a trasportare il messaggio, l’informazione genetica dal DNA, che nelle cellule eucariote si trova nel nucleo, nel luogo in cui verrà decodificato, ossia nel citoplasma, il sito della sintesi proteica. Le cellule eucariote sono cellule con nucleo ben definito e isolato dal resto della cellula tramite l’involucro nucleare. Le molecole di messaggero sono sintetizzate a partire da uno dei due filamenti del DNA con lo stesso principio dell’appaiamento fra le basi, in un processo chiamato trascrizione. Questa reazione è catalizzata da un enzima chiamato RNA-polimerasi che si muove in direzione 3’-5’ lungo lo stampo, catalizzando l’incorporazione dei nucleotidi e sintetizzando un filamento complementare in direzione 5’-3’. In tal modo l’RNA-polimerasi copia l’informazione contenuta nel DNA.

Tranne casi rari, solo una delle due eliche del DNA viene trascritta; inoltre l’RNA-polimerasi ha la capacità di iniziare la sintesi ex-novo, senza necessità di alcun innesco.

Gli RNA di traferimento sono molecole piccole (70-90 nucleotidi) con una caratteristica configurazione a trifoglio,

 

con zone e ripiegamenti a doppia elica e anse. Ogni cellula possiede diversi tRNA che differiscono per sequenza nucleotidica, almeno uno per ciascuno dei diversi tipi di aminoacidi. All’estremità 3’ vi è il sito di attacco per l’aminoacido specifico, nella parte opposta abbiamo un sito costituito da tre nucleotidi che formano un anticodone, complementare ad uno specifico codone dell’mRNA. Un’ultima regione funziona come sito di riconoscimento per un enzima, l’amminoacil-tRNA-sintetasi , di cui ne esistono almeno 20, uno o più per aminoacido, che hanno due siti di legame specifici, uno per un dato aminoacido e l’altro per la relativa molecola di tRNA.

Gli rRNA sono componenti essenziali dei ribosomi, che rappresentano i siti della sintesi proteica, costituiti per un terzo da proteine e per due terzi da RNA. Ogni ribosoma è formato da due subunità, la più piccola che ha un sito di legame per l’mRNA e la più grande che ha due siti di legame per i tRNA.

Una pausa..., e poi riprendiamo il codice genetico per risistemare i vari pezzi e trovare l’armonia nella forma e nei colori.

È incredibile come può risultare confortevole e accogliente qualche metro quadrato di laboratorio, illuminato solo da un lucernaio che riflette luminosità su di una scrivania piccola e disordinata e dove prendono vita anche i pensieri più dolci. Quelli che ti prendono per mano e ti trascinano in un’altra dimensione, dove "accogliere" è la parola d’ordine, dove la spontaneità si ricama fra le trame di un tessuto bianco, splendente e che promette...

Nei tardi pomeriggi della primavera inoltrata si usciva a prendere una boccata d’aria fra l’erba fresca della sera imminente. Il silenzio regnava in congiunzione fra i colori delicati dell’ambiente e il desiderio appagato dalla mente; non erano necessarie le parole, si comunicava con gli sguardi, fra quello che si era raggiunto e il traguardo successivo da inseguire. Il solo filo conduttore era, ed è ancora oggi, la passione, senza pentimenti né ripensamenti...

Le proteine contengono 20 diversi aminoacidi, DNA ed RNA solo 4 nucleotidi, chiaramente non può valere la corrispondenza una base un aminoacido (altrimenti le proteine risulterebbero composte solo da 4 aminoacidi), né quella due basi per un aminoacido (ne verrebbero specificati solo 16, 42). Una sequenza di tre basi dà 64 (43) possibilità; 64 combinazioni possibili o codoni sono sufficienti, anzi più che sufficienti a specificare per tutti gli aminoacidi. Essendovi un eccesso di codoni, ad ogni aminoacido corrispondono più triplette. Si dice perciò che il codice genetico è "degenerato".

Inoltre è identico in tutti gli organismi, tranne alcune eccezioni.

Chiudiamo ora con la sintesi proteica.

Ricapitolando velocemente: le sequenze nucleotidiche contenute nel DNA rappresentano le istruzioni per la sintesi delle proteine, vengono trascritte in una molecola di mRNA ad opera della RNA-polimerasi che riconosce particolari sequenze sul DNA, i promotori, e vi si lega iniziando la sintesi. Esistono altre sequenze di terminazione sul DNA che rappresentano i segnali di arresto della sintesi dell’RNA stesso.

Come già detto la traduzione o sintesi proteica avviene nel citoplasma e tale processo può essere suddiviso in tre momenti successivi: inizio, allungamento e terminazione.

L’inizio consiste nella formazione di un complesso fra la subunità ribosomale più piccola e il filamento di mRNA, a questo complesso si associa il tRNA iniziatore della sintesi, il tRNA per la metionina. Il codone di inizio è AUG. Una volta formato questo complesso si associa la subunità più grande del ribosoma, inizia quindi la fase di allungamento, l’aggiunta di un aminoacido per volta alla catena polipeptidica nascente seguendo lo schema riportato dai codoni presenti nell’mRNA. Man mano che vengono aggiunti aminoacidi si formano fra loro i legami peptidici e lo spostamento del ribosoma lungo l’mRNA, in modo da poter leggere ogni volta il codone successivo. Il ciclo continua fino all’estremità della molecola di mRNA verso i siti di terminazione della catena, ossia una delle tre triplette UAA, UAG, UGA cui non corrisponde alcun tRNA. Aggiunto un codone di terminazione la traduzione cessa, la catena polipeptidica si libera dal ribosoma e le due subunità si separano.

Come si lega l’anima alla sintesi proteica o alla trascrizione è un qualcosa che và scoperto lentamente nel processo di acquisizione dei vari meccanismi che regolano queste importanti reazioni biochimiche che avvengono all’interno delle cellule. Senza fretta alcuna. Per il momento è sufficiente rilassarsi un tantino, distendere lo sguardo, appagando la vista...

 Fernanda

 

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