Functional Components of the Gene
Ogni gene consiste di diversi componenti funzionali, ognuno coinvolto in un diverso aspetto del processo di espressione genica (Figura 2-1). In generale, comunque, ci sono due unità funzionali principali: la regione del promotore e la regione codificante.
Figura 2-1
Espressione genica. Il DNA di un gene viene trascritto in mRNA che, a sua volta, viene tradotto in proteine. I componenti funzionali di un gene sono schematizzati qui. Le aree del gene destinate ad essere rappresentate nell’mRNA maturo sono chiamate esoni, e (più…)
La regione del promotore controlla quando e in quale tessuto viene espresso un gene. Per esempio, i promotori del gene della globina sono responsabili della loro espressione nelle cellule eritroidi e non nelle cellule cerebrali. Come si ottiene questa espressione tessuto-specifica? Nel DNA della regione promotrice del gene, ci sono elementi strutturali specifici, sequenze nucleotidiche (vedi “Considerazioni strutturali” sotto), che permettono al gene di essere espresso solo in una cellula appropriata. Questi sono gli elementi nel gene della globina che istruiscono una cellula eritroide a trascrivere l’mRNA della globina da quel gene. Queste strutture sono chiamate elementi cis-acting perché risiedono sulla stessa molecola di DNA del gene. In alcuni casi, altri elementi cis-acting specifici del tipo di tessuto, chiamati enhancer, risiedono sulla stessa molecola di DNA, ma a grande distanza dalla regione codificante del gene.6,7 Nella cellula appropriata, gli elementi cis-acting legano fattori proteici che sono fisicamente responsabili della trascrizione del gene. Queste proteine sono chiamate fattori trans-agenti perché risiedono nel nucleo della cellula, separate dalla molecola di DNA che contiene il gene. Per esempio, le cellule del cervello non avrebbero i giusti fattori trans-agenti che si legano al promotore della β-globina, e quindi le cellule del cervello non esprimerebbero la globina. Avrebbero, tuttavia, fattori di trans-azione che si legano ai promotori dei geni specifici dei neuroni.
La struttura della proteina di un gene è specificata dalla regione codificante del gene. La regione codificante contiene le informazioni che dirigono una cellula eritroide ad assemblare gli amminoacidi nel giusto ordine per fare la proteina β-globina. Come viene specificato questo ordine di aminoacidi? Come descritto in dettaglio più avanti, il DNA è un polimero lineare composto da quattro subunità distinguibili chiamate nucleotidi. Nella regione codificante di un gene, la sequenza lineare di nucleotidi codifica la sequenza di aminoacidi della proteina. Questo codice genetico è in forma di tripletta in modo che ogni gruppo di tre nucleotidi codifichi un singolo amminoacido. Le 64 triplette che possono essere formate da 4 nucleotidi superano i 20 amminoacidi distinti usati per fare le proteine. Questo rende il codice degenerato e permette ad alcuni aminoacidi di essere codificati da diverse triplette.8 La sequenza nucleotidica di qualsiasi gene può ora essere determinata (vedi sotto). Traducendo il codice, si può ricavare una sequenza prevista di aminoacidi per la proteina codificata da un gene.