Molecola del Mese
di David S. Goodsell
trad di Mauro Tonellato

RNA Polimerasi


Molecola del Mese di Aprile 2003

Non Solo Messaggero
L'RNA è una molecola versatile. Nel suo ruolo più conosciuto, l'RNA si comporta come un intermediario, trasportando informazioni genetiche dal DNA all'apparato di sintesi delle proteine, ed è conosciuto come RNA messaggero o mRNA. L'RNA ha anche ruoli più attivi, svolgendo molte delle funzioni catalitiche e di riconoscimento normalmente riservate alle proteine. La maggior parte dell' RNA nelle cellule si trova nei ribosomi (le nostre macchine per sintetizzare le proteine) ed è chiamato RNA ribosomiale o rRNA. Un'altra forma importante di RNA è il transfer RNA, tRNA, che serve ad aggiungere nuovi amminoacidi alle catene proteiche in crescita. Esistono Inoltre innumerevoli piccole molecole di RNA coinvolte nel regolare, trasformare e distribuire il continuo flusso di molecole di RNA messaggero. L'enzima RNA polimerasi ha la grande responsabilità di sintetizzare tutte queste molecole di RNA diversi.

La Fabbrica dell'RNA
La RNA polimerasi è una fabbrica enorme con molte parti mobili. Quella mostrata qui a destra, (file PDB 1i6h) proviene da cellule di lievito. È formata da una dozzina di proteine diverse che, insieme, formano una macchina che circonda i due filamenti del DNA (beige e marrone), li svolge per un breve tratto, e costruisce un nuovo filamento di RNA (rosa) basato sulle informazioni contenute in uno dei due filamenti di DNA. Una volta che l'enzima ha cominciato la sua opera, la RNA polimerasi procede con sicurezza lungo il DNA copiando filamenti di RNA lunghi migliaia di nucleotidi.





Accuratezza
Come potete immaginare, la RNA polimerasi deve essere molto accurata nel copiare le informazioni genetiche. Per migliorare la sua accuratezza, compie una semplice operazione di correzione mentre sintetizza un filamento di RNA. Il sito attivo ha una struttura che è in grado anche di rimuovere nucleotidi oltre che di aggiungerli al filamento in crescita. L'enzima tende a rimanere più a lungo sopra i nucleotidi errati rispetto a quelli aggiunti correttamente, in questo modo l'enzima ha il tempo di rimuoverli. Questo processo è piuttosto dispendioso, poichè talvolta vengono rimossi anche nucleotidi corretti, ma vale la pena di fare questo piccolo sacrificio per sintetizzare dei migliori trascritti di RNA. Nel complesso, la RNA polimerasi fa circa un errore ogni 10.000 nucleotidi aggiunti, o circa un errore per ogni filamento di RNA sintetizzato.

Avvelenare la Polimerasi
Poichè la RNA polimerasi è assolutamente essenziale per la vita della cellula, è un bersaglio ideale per veleni e tossine. Il più potente di questi veleni è alfa-amanitina, un piccolo peptide circolare prodotto dal fungo Amanita Falloide. Mangiare anche uno solo di questi funghi conduce prima al coma e poi alla morte nel giro di pochi giorni, perchè il veleno attacca la RNA polimerasi in tutto il corpo. Sorprendentemente, la tossina si lega sul lato posteriore della RNA polimerasi, lontano dal sito attivo e lontano dal sito di legame per il DNA e per l'RNA. Non blocca fisicamente il sito attivo, come la maggior parte degli inibitori, ma paralizza il meccanismo d'azione dell'enzima. La RNA polimerasi è un enzima estremamente mobile che si piega e cambia forma mentre svolge le varie fasi della sua azione: legare il DNA, svolgerlo, e quindi costruire il nuovo filamento di RNA. Come si può vedere nella figura qui a lato (file PDB 1k83) il veleno si lega tra due subunità della proteina, incollandole insieme e bloccando questi movimenti essenziali.




Esplorando la Struttura
La molecola qui a fianco (file PDB 1msw) mostra la RNA polimerasi in azione. La struttura contiene una RNA polimerasi molto piccola, prodotta dal virus batteriofago T7, rappresentata con tubi blu. Legata nel sito attivo vediamo una piccola bolla di trascrizione, composta da due filamenti di DNA (beige e marrone) e da un filamento di RNA (rosso). Notate che i due filamenti di DNA formano una doppia elica nella parte alta della figura. L'enzima li separa nella zona centrale e costruisce un filamento di RNA usando il DNA sulla destra come stampo. Infine, in basso, i due filamenti di DNA tornano ancora insieme.

Queste immagini sono state create con Chime (vedi chimica al computer). Anche voi potete creare immagini simili scaricando i file PDB dell'articolo, decomprimendoli e poi lanciandoli con Internet Explorer (se avete scaricato il plug-in Chime).













Bibliografia

Bruce Alberts, Alexander Johnson, Julian Lewis, Martin Raff, Keith Roberts and Peter Walter (2002) "Molecular Biology of the Cell" Chapter 6, Garland, New York.