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RNA ribosomiale

Che cos'è l'RNA ribosomiale?

L’RNA ribosomiale (rRNA) è la tipologia più abbondante di RNA presente nella cellula  ed è il principale costituente dei  ribosomi, i macchinari per la sintesi delle proteine.

Gli rRNA sono una famiglia di molecole di RNA a singolo filamento che presentano  struttura secondaria altamente conservata.

Struttura secondaria degli RNA ribosomiali

Struttura secondaria degli RNA ribosomiali.

La cellula possiede milioni di ribosomi che sono costituiti da alcune molecole di rRNA e da proteine, per questo motivo il ribosomiale rappresenta circa 80% di tutto l’RNA presente in una cellula.

Un così grande quantitativo di trascritti è garantito alla cellula dal fatto che i geni che codificano per rRNA sono sequenze ripetute centinaia di volte, questo DNA è definito DNA ribosomiale (rDNA) e si trova raggruppato in una specifica regione del genoma.

Inoltre in una cellula non in divisione l’rDNA si trova solitamente nella struttura nucleare che prende il nome di nucleolo ed è visibile citologicamente come una regione a maggior densità all’interno del nucleo cellulare.

Nel nucleolo avviene la trascrizione degli rRNA e l’assemblaggio delle subunità dei ribosomi.

La composizione dei ribosomi (divisi in due subunità, la maggiore più grande e la minore più piccola) nei Procarioti e negli Eucarioti è rappresentata nella figura sottostante:

composizione ribosomi

Ribosomi negli Eucarioti e nei Procarioti: composizione.

L’unità di misura del “peso” delle subunità dei ribosomi S (coefficiente di Svedberg) è un coefficiente di sedimentazione che dipende dalla forma oltre che dalla composizione molecolare delle particelle soggette a sedimentazione, ciò spiega come mai il peso delle due subunità unite a formare il ribosoma completo sia differente dalla somma algebrica dei pesi delle singole subunità.

La trascrizione degli rRNA grandi (28S, 18S e 5,8S) è catalizzata dalla RNA polimerasi I eucariotica (i batteri dispongono di un solo tipo di RNA polimerasi per tutte le tipologie di RNA da trascrivere), mentre la maggior parte dei piccoli RNA nucleari (small nuclear, snRNA) che entrano a far parte del macchinario per lo splicing (vedi di seguito), sono sintetizzate dalla RNA polimerasi III.

Processamento dell’RNA ribosomiale

Negli organismi Eucarioti, l’rRNA è trascritto dall’rDNA nel nucleolo come un  lungo precursore contenente diverse differenti molecole di RNA.

Per ottenere rRNA maturi, questa lunga molecola deve subire tagli enzimatici opportuni, dunque deve essere processata.

Negli eucarioti il processamento dell’rRNA è a carico dei piccoli RNA nucleolari (snoRNP) (vedi di seguito) associati a specifiche proteine.

Il processamento dell’rRNA è simile ma non identico allo splicing dell’mRNA: simile poiché anche in questo caso è rimosso dell’RNA non necessario nel prodotto maturo, ma differisce dallo splicing in quanto negli rRNA non vi è ricongiunzione di sequenze nucleotidiche (avviene solo il taglio per eliminare quanto non necessario).

In particolare il processamento del precursore del 45S umano avviene in 5 fasi:

  • rimozione dell’estremità 5’;
  • taglio al centro del precursore che genera 2 molecole: 20S e 32S;
  • il precursore 20S è tagliato al 3’ fino al raggiungimento delle corrette dimensioni;
  • il precursore 32S subisce un taglio per liberare rispettivamente: rRNA 5,8S e 28S;
  • gli rRNA 5,8S e 28S si associano tramite la complementarietà delle basi azotate.

Nei Procarioti, come ad esempio Escherichia coli il processa mento avviene ad opera di enzimi litici, le Rnasi III.

In particolareEscherichia coli possiede 7 operoni ribosomiali (rrn) che contengono oltre ai geni per il RNA messaggero anche quelli per l'RNA di trasporto.

Processamento di un operone

Processamento di un operone per geni per rRNA e tRNA di Escherichia coli.

L’enzima Rnasi III catalizza la realizzazione dei tagli che permettono di eliminare gli spaziatori (in giallo in figura).

I piccoli RNA nucleari (snRNA)

Si tratta di piccole molecole di RNA trascritte dalla RNA polimerasi III, hanno lunghezza variabile da 100 ai 300 nucleotidi e ricchi in uracile. Sono localizzati nel nucleo dove partecipano al processo di splicing.

Esistono 5 tipi diversi di piccoli RNA nucleari (snRNA): U1, U2, U4, U5, U6, essi si associano a proteine a formare le cosiddette particelle nucleari ribonucleoproteiche  (snRNP, small nuclear ribonuclear protein, pronuncia "snurp").

Queste snRNP entrano nella costituzione del macchinario per lo splicing, il cosiddetto “spliceosoma”,  la cui esatta composizione è diversa a seconda dei diversi passaggi di splicing.

snRNP diverse si associano allo spliceosoma o ne escono in momenti diversi e ciascuna svolge una funzione specifica nel processo di splicing.

Ci sono poi molte altre proteine dello spliceosoma che non appartengono alle snRNP ed altre ancora sono legate allo spliceosoma in maniera debole.

Le snRNP hanno tre ruoli nello splicing:

  • riconoscimento del sito di splicing al 5' e del punto di ramificazione;
  • avvicinamento di questi siti;
  • catalisi o assistenza alla catalisi per l’ottenimento del taglio e della giunzione dell'RNA.

processo di splicing

Schematizzazione del processo di splicing e il coinvolgimento di U1 snRNP.

I piccoli RNA nucleolari (snoRNA)

Come accennato in precedenze esistono anche i cosiddetti piccoli RNA nucleolari (snoRNA), sequenze di RNA di lunghezza compresa tra i 70 ed i 350 nucleotidi, codificati a partire da introni di pre-mRNA (precursori dell’mRNA maturo)  di altri geni. Sono stati descritti finora oltre 300 snoRNA  dai biologi molecolari.

Questi snoRNA sono localizzati nel nucleolo e sono implicati nella maturazione processamento di rRNA, snRNA, e mRNA.

Assemblaggio e trasporto degli snoRNA

Assemblaggio e trasporto nel nucleolo degli snoRNA.

I ribozimi

Nella trattazione degli RNA non va dimenticato che alcuni RNA possono avere funzioni biologiche di mediazione di reazioni enzimatiche, ovvero si comportano come enzimi, queste molecole assumono una struttura terziaria nella quale è possibile riconoscere:

  • un sito attivo;
  • un sito di legame per il substrato;
  • un sito di legame per i cofattori.

Modello molecolare di ribozima

Modello molecolare di ribozima.

Uno dei primi ribozimi scoperto è stata la RNAsi P, si tratta di una ribonucleasi che è coinvolta nella formazione di rRNA a partire dai precursori.

La RNAsi P è composta da RNA e proteine, dunque è un complesso nucleoproteico.

In esso l'attività catalitica risiede sull'RNA che è in grado di catalizzare il taglio del tRNA precursore anche in  assenza della parte proteica, quest’ultima infatti ha solo il compito di mascherare le cariche negative della molecola di RNA per permettere alla reazione di poter avvenire facendo avvicinare di fatto due molecole con carica uguale (RNA del ribozima e del precursore), tale funzione può, in assenza della parte proteica, essere assolta da ioni positivi che possono essere presenti grazie ad altre proteine dell’ambiente di reazione.

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