Web Quiz : dal DNA alle proteine

Nella lunga molecola del DNA, solo piccole porzioni codificano per le proteine, cioè contengono le vere e proprie istruzioni per produrle: sono i geni.

La porzione di DNA che non codifica per le proteine è la più abbondante del genoma. A lungo si è pensato fosse inutile, ma non è affatto così: anche le sequenze non codificanti svolgono importanti funzioni, per esempio regolano i geni e ne promuovono (o inibiscono) l’attività.

Il primo processo per la produzione di proteine è la trascrizione del gene: il DNA è copiato su una molecola di RNA messaggero che, a differenza del DNA, è a singolo filamento. Inoltre, vengono eliminate le porzioni non codificanti in modo da ottenere una sequenza matura e adatta alla sintesi della proteina. L’RNA messaggero è poi portato fuori dalla cellula per la sintesi della proteina.

La “lettura” dell’mRNA si chiama traduzione: è il processo che permette di produrre una proteina a partire da sequenze di nucleotidi che vengono letti a triplette, cioè a gruppi di tre nucleotidi (detti assieme “codone”) che a loro volta corrispondono a un aminoacido. Di codone in codone, si forma una catena di aminoacidi che costituiscono la proteina. Alcuni codoni funzionano come segnale di stop, cioè dicono “qui finisce la proteina”. Un codone specifico fa invece da segnale d’inizio. È, insomma, un vero e proprio codice: il codice genetico, appunto!

Esistono moltissimi aminoacidi in natura, ma solo pochi servono al nostro organismo per produrre le proteine, cioè sono proteinogenici. Il codice genetico codifica per 20 aminoacidi.

In tutto, i codoni sono 64, di cui tre sono segnali di stop. Significa che ci sono 61 codoni per 20 aminoacidi: diversi codoni possono quindi corrispondere allo stesso aminoacido. Per questa caratteristica, si dice che il codice genetico è degenerato.

Poiché il codice genetico è degenerato, è possibile che la sostituzione di un nucleotide determini un codone che codifica per lo stesso aminoacido. Per esempio, la sequenza CUU codifica per l’aminoacido leucina, ma lo fanno anche le sequenze CUC, CUA e CUG. Quindi, se la mutazione determina solo un cambiamento da CUU a CUG, la proteina non risulta alterata: infatti in questo caso si parla di mutazione “silente” o “sinonimo”. Se però, invece, la modifica fa sì che il codone codifichi per un aminoacido diverso (per esempio CCU, che codifica per la prolina) o un segnale di stop, ci sarà anche un errore nella proteina prodotta o un’interruzione della traduzione.

C’è un esempio molto utile per capire come funziona la lettura a triplette del DNA, la frase inglese: THE BIG RED FOX ATE THE EGG (la grande volpe rossa mangiò l’uovo). Ciascuna parola ha tre lettere (come i codoni del codice genetico) ciascuna con il suo significato, e le parole insieme danno senso alla frase. Ma se inseriamo o togliamo una o più lettere, l’intera sequenza perde di significato: STH EBI GRE DFO XAT ETH EEG G. Nel DNA succede qualcosa di simile: mutazioni che determinano l’inserimento o la perdita di nucleotidi (uno o anche di più) alterano i codoni e tutto il quadro di lettura, per cui la produzione della proteina è inevitabilmente compromessa.

Se si perde un intero codone, il “quadro” di lettura del gene non cambia, ma si perde un aminoacido della sua sequenza. Così, la proteina risultante può non riuscire ad avere la corretta struttura, essere tronca, e in generale non funzionare. È ciò che avviene con la mutazione più comune della fibrosi cistica, una delezione di tre nucleotidi a causa della quale non viene inserito un singolo aminoacido nella proteina. Sebbene sia un singolo aminoacido su di una proteina che ne contiene 1480, questa perdita è sufficiente a impedirle di assumere la struttura corretta, per cui viene degradata.

In alcuni casi, la mancata produzione di una proteina o la sua scarsa funzionalità, dovute a mutazioni in un allele (cioè una delle due copie di un gene), possono essere compensate dalla produzione o funzionalità derivante dall’allele normale. È quanto avviene nelle malattie a trasmissione autosomica recessiva come la fibrosi cistica. Infatti, nei portatori sani di fibrosi cistica, in cui una copia del gene CFTR è mutata, l’altra normale. La proteina prodotta dal gene normale è sufficiente a non dare alcun sintomo della malattia. Ma, proprio perché si è sani e senza sintomi, è difficile sapere di essere portatori senza uno specifico test molecolare.