La sintesi proteica: trascrizione, traduzione e 12 esercizi svolti

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1) Trascrivere non vuol dire ricopiare, tradurre non vuol dire vocabolario
2) Il dogma centrale: che cosa dice, e che cosa vieta davvero
3) L'RNA non è un DNA di serie B: tre differenze di struttura, una di mestiere, tre tipi
4) La trascrizione: quale dei due filamenti, in che verso, con quale enzima
5) La maturazione dell'mRNA: cappuccio, coda e splicing
6) Il codice genetico: perché tre basi, e la tabella completa dei 64 codoni
7) La traduzione: il ribosoma, i siti A, P ed E, e l'anticodone che si scrive al contrario
8) Le mutazioni: una lettera cambiata, quattro esiti completamente diversi
9) Fin dove devi arrivare: una riga del ministero, e dove finisce questa guida
10) Dodici esercizi svolti passo passo, dal DNA alla proteina
11) Gli errori che fanno perdere punti, e le parole che cambiano da un libro all'altro
12) Domande frequenti

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Trascrivere non vuol dire ricopiare, tradurre non vuol dire vocabolario

Prima riga, per non farti perdere tempo. Se sei arrivato qui cercando la sintesi proteica muscolare, quella di cui si parla in palestra dopo l'allenamento, questa non è la pagina giusta: lì si parla di quanta proteina il tuo corpo riesce a mettere su in un certo numero di ore. Qui si parla di come una cellula costruisce una proteina partendo da un gene: trascrizione, codice genetico, traduzione, mutazioni ed esercizi da verifica. Stesse due parole, due argomenti che non si toccano.

Detto questo, l'attacco vero — e comincia da una parola della tua lingua, non da una molecola.

In italiano trascrivere significa ricopiare identico: si trascrive un verbale, si trascrive una registrazione, e il risultato deve essere uguale all'originale. Quel significato ce l'hai già in testa da anni, e la definizione biologica non deve riempire un vuoto: deve scalzare quello. Da lì nascono due idee sbagliate che resistono a lungo.

1) Che l'mRNA sia il DNA tale e quale — e allora la T resta dentro l'RNA, che è il secondo degli otto errori messi in classifica nella sezione 11.
2) Che il DNA si trasformi in RNA e sparisca, come un foglio che passa nello scanner e viene consumato.

Non è un'impressione. Wright, Fisk e Newman, su CBE—Life Sciences Education (13:338-348, 2014), hanno chiesto a 128 studenti universitari che cosa significhi la freccia nello schema DNA → RNA. Il 20% l'ha descritta come una conversione di una molecola nell'altra; il 16% pensava che l'RNA esistesse già e andasse a leggere il DNA. Ma il numero che conta davvero è un altro, e va letto nel verso giusto: fra gli studenti portatori di una di queste due idee sbagliate, il 44% — venti su quarantacinque — usava comunque la parola "trascrizione" o "trascrivere" nella propria spiegazione. E meno del 10% delle matricole ha parlato di informazione che passa. Tradotto: la parola giusta non garantisce l'idea giusta, e all'orale la parola giusta non ti salva se poi la domanda successiva è "e il DNA che fine fa?".

Lo smontaggio delle due idee, una per una

La seconda, il DNA che si consuma. Prendi un epatocita, una cellula del tuo fegato. Del gene ALB, quello dell'albumina, ne ha due copie e basta: una dal padre, una dalla madre. Quella cellula produce albumina in continuazione, per anni, e in ogni istante tiene in casa migliaia di molecole di mRNA dell'albumina contemporaneamente, tutte ricavate da quello stesso stampo, che resta intatto.

Se la trascrizione consumasse il DNA convertendolo, dopo la prima molecola di mRNA quel gene non ci sarebbe più. Alla seconda saresti già senza albumina.

La prima, la T che resta nell'RNA. Questa non si smonta con un controesempio ma con una ragione, e la ragione sta nella sezione 3: l'uracile e la timina sono la stessa base a meno di un dettaglio, e il DNA la timina se la tiene per un motivo preciso che ha a che fare con la riparazione degli errori. Finché quel motivo non lo sai, "nell'RNA non c'è la T" è una regola da mandare a memoria; dopo, è una conseguenza.

E "tradurre" inganna dall'altra parte

Specularmente, tradurre evoca il vocabolario bilingue: una voce, una traduzione, corrispondenza uno a uno. Da lì l'idea che ogni codone abbia il suo amminoacido esclusivo, e il suo corollario velenoso, cioè che ogni mutazione cambi la proteina. Sono due idee false e le smontiamo con i numeri nella sezione 6 e nella sezione 8.

I due nomi però non sono sbagliati: sono giustificati, e questa giustificazione tiene insieme tutta la guida, quindi va data subito.

• Si chiama trascrizione perché entrata e uscita sono nello stesso alfabeto: quattro nucleotidi in ingresso, quattro nucleotidi in uscita. È una ricopiatura, sì, ma quasi fedele: cambia lo zucchero, cambia una lettera su quattro (U al posto di T), e si copia un solo filamento su due.
• Si chiama traduzione perché l'alfabeto cambia: quattro nucleotidi in ingresso, venti amminoacidi in uscita. E proprio perché cambia servono le triplette: con due lettere avresti 4² = 16 combinazioni, meno di 20, e non basterebbero; con tre ne hai 4³ = 64. Da quelle 64 togli i 3 codoni di stop, che non specificano nessun amminoacido, e restano 61 voci per 20 significati. Il conto per intero, con la sottrazione fatta lentamente, è nella sezione 6.
• E proprio perché 61 voci devono coprire 20 significati, il dizionario è per forza ridondante.

Messa in quest'ordine, la ridondanza del codice smette di essere una stranezza da mandare a memoria e diventa il resto di una divisione.

Se la verifica è domani

• Il percorso è DNA → RNA → proteina. Sempre quello, in quest'ordine. → sezione 2
• Dei due filamenti se ne copia uno solo, e si chiama stampo. → sezione 4
• Nell'RNA la T diventa U. Un RNA con una T dentro non è un RNA. → sezione 3
• Negli eucarioti la trascrizione avviene nel nucleo; l'mRNA maturo esce e va nel citoplasma. → sezione 7
• Il ribosoma legge tre basi alla volta, partendo dal codone AUG. → sezione 6
• Un codone specifica un solo amminoacido, mai il contrario: un amminoacido può avere più codoni. → sezione 6
• UAA, UAG, UGA non sono amminoacidi: sono i tre segnali di stop. → sezione 7
• L'anticodone si ricava complementando e poi invertendo. L'anticodone di AUG è CAU, non UAC. → sezione 7
• Gli introni si tagliano via, gli esoni si saldano — e solo negli eucarioti. → sezione 5
• Una lettera sbagliata può non fare niente oppure fare l'anemia falciforme. Dipende da quale. → sezione 8

Come è marcata questa guida

Gli stessi argomenti tornano a tre profondità diverse. Dove il testo cambia livello, lo dichiara con un'etichetta su una riga tutta sua:

[Medie]

il concetto, l'analogia, il discorso da fare all'orale.

[Superiori]

il meccanismo, le direzioni, gli esercizi.

[Quinta e test]

il dettaglio che serve alla maturità e ai quiz di ammissione.

Le etichette non compaiono a ogni paragrafo, ma solo dove il livello cambia davvero: la maggior parte del testo sta al livello di mezzo, quello delle superiori, e non ha bisogno di essere annunciata.

Sono chiamate così di proposito, e non "biennio" e "triennio", per una ragione verificata sui documenti che trovi nella sezione 9: negli istituti tecnici la sintesi proteica compare già nel primo biennio, nei licei nel secondo biennio, cioè in terza o in quarta a seconda di come il dipartimento ha diviso il programma. Le etichette dicono quanto in profondità, non in che anno sei.

Un'ultima cosa, prima di cominciare. Questa guida riprende da dove finiva quella sul DNA, che si chiudeva annunciando esattamente questa tappa. Lì trovi la doppia elica, l'appaiamento A con T e G con C, che cosa vogliono dire davvero 5' e 3', l'antiparallelismo e la duplicazione: qui non si rispiegano, si usano. Se 5' e 3' ti sono scivolati via, dedica dieci minuti a il DNA, struttura e duplicazione e poi torna: da metà sezione 4 in avanti servono a ogni riga.

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Il dogma centrale: che cosa dice, e che cosa vieta davvero

La formulazione che trovi su tutti i libri è questa: l'informazione genetica fluisce DNA → RNA → proteina. Nello schema le frecce scritte sono due, ma i processi da nominare sono tre, perché il terzo non si vede: è la duplicazione, che copia DNA in DNA e quindi sarebbe un arco che rientra sul DNA stesso. Contali così e il conto torna:

   DNA  --trascrizione-->  RNA  --traduzione-->  proteina
    ^
    '--- duplicazione: l'arco che rientra sul DNA stesso

La duplicazione è già fatta: sta tutta nella guida su il DNA, struttura e duplicazione. Le altre due sono questa pagina.

Fin qui il ripasso. Adesso la correzione, perché la versione che gira è una semplificazione, e conoscere quella vera vale mezzo voto all'orale.

Che cosa disse Crick

Francis Crick, Central dogma of molecular biology, Nature 227, pagine 561-563, 8 agosto 1970. Crick non parla genericamente di informazione: parla del trasferimento dettagliato, residuo per residuo, dell'informazione di sequenza — cioè dell'ordine delle lettere. E il suo enunciato non è "si va solo in avanti". È molto più preciso, e queste sono le sue parole:

Che cosa significhi «uscirne» lo dice l'articolo stesso poche righe più in là, elencando i trasferimenti a partire dalla proteina: il divieto vero è proteina → acido nucleico e proteina → proteina. Non è il divieto di tornare indietro in generale.

La conseguenza, che è un aggancio d'orale classico

I retrovirus, come l'HIV, hanno il genoma fatto di RNA e portano con sé un enzima, la trascrittasi inversa, che copia quell'RNA in DNA. Il DNA così ottenuto si integra nel genoma della cellula ospite, e da lì viene trascritto e tradotto come qualunque altro gene. Il flusso completo diventa:

Rispetto allo schema semplificato del tuo libro è un'eccezione clamorosa. Rispetto all'enunciato di Crick non lo è affatto: il passaggio da RNA a DNA era già stato classificato come un trasferimento possibile, solo non ancora osservato. Quello che il dogma vietava non è mai stato messo in discussione.

Altri due casi da tenere pronti, perché completano il quadro:

• I virus a RNA che si replicano direttamente da RNA a RNA, con un enzima apposito. Anche questo è un percorso previsto come possibile.
• I prioni, che propagano una conformazione anomala da proteina a proteina. Questo sì che tocca il divieto vero — ed è esattamente il motivo per cui furono una scoperta dirompente e a lungo rifiutata: non violano la sequenza, ma trasmettono informazione fra proteine, che è la cosa che Crick aveva dichiarato impossibile.

Attenzione a non stiracchiare: i prioni non trasmettono l'ordine degli amminoacidi, trasmettono un ripiegamento. È il motivo per cui il caso è discusso da cinquant'anni invece di essere archiviato.

Il dogma in una riga, per l'orale

[Medie]

Traduzione del dogma senza una sola parola tecnica: il DNA è l'archivio e non esce mai dal nucleo; l'mRNA è la fotocopia che esce; la proteina è l'oggetto costruito seguendo la fotocopia. Se all'esame di terza media sai dire questa frase e sai fare un esempio, hai detto la cosa giusta.

E qui si chiude un divieto lasciato aperto

Nella guida sul DNA c'era una regola che valeva mezzo voto: mai dire "il gene per gli occhi azzurri". Si dice: il gene contiene le istruzioni per una proteina, e quella proteina influenza il carattere. Adesso puoi vedere perché quella regola esiste, perché il ponte fra le due cose è esattamente questo capitolo.

Non è pignoleria da professori. È un buco misurato, e largo.

• Marbach-Ad e Stavy (Journal of Biological Education 34:200-205, 2000) hanno intervistato studenti di quattordici-quindici anni e di diciassette-diciotto anni, cioè, per il nostro ordinamento, di prima e di quarta superiore: usavano la parola gene per spiegare i caratteri degli organismi, ma non sapevano dire che cosa fosse un gene né come agisse. Il collegamento proteina-carattere mancava del tutto.
• Mills Shaw e colleghi (Genetics 178:1157-1168, 2008) hanno analizzato 500 temi di studenti delle superiori scritti per un concorso nazionale di genetica: 278, cioè il 55,6%, contenevano almeno una misconcezione evidente, e altri 101, il 20,2%, ne contenevano due o più. Nell'annata 2007, per dire quanto sottile fosse l'immagine del genoma, meno dell'1% dei temi nominava materiale genetico diverso dai geni. Scrivevano di geni e di ereditarietà con sicurezza, senza scendere al meccanismo che collega il gene al carattere.

Quel meccanismo è questo, e non ce ne sono altri. Le leggi di Mendel ti hanno dato il genotipo — la P e la p sui bordi del quadrato di Punnett. Il fenotipo — il fiore violetto, il fiore bianco — è a valle di una proteina, e quella proteina la costruisce la macchina che stiamo per smontare. Fra la P del quadrato e il colore del petalo ci sono una trascrizione, una traduzione e un enzima che funziona o non funziona.

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L'RNA non è un DNA di serie B: tre differenze di struttura, una di mestiere, tre tipi

Nella guida sul DNA c'era una tabellina che confrontava DNA e RNA. Serviva a chiudere un ponte, non ad aprire un capitolo. Questa la completa, non la ripete: qui sotto trovi solo quello che lì non c'era, più la ragione di quello che lì era solo enunciato.

Le differenze di struttura sono tre, e sono verificabili su Alberts, Molecular Biology of the Cell (NCBI Bookshelf, capitolo NBK26887).


Poi ce n'è una quarta, che però non è di struttura ma di mestiere: il DNA è l'archivio, l'RNA è la copia di lavoro. Tienile separate quando le elenchi all'orale, perché un professore che ti chiede "le differenze strutturali" ne vuole tre, non quattro.

Guarda la prima riga, perché il nome lo spiega da solo: desossiribosio significa "ribosio a cui manca un ossigeno". Non sono due zuccheri di famiglie diverse: è lo stesso zucchero con un ossidrile in meno sul carbonio 2'. Quell'ossidrile in più rende l'RNA più reattivo e meno stabile, ed è per questo che la molecola destinata a durare è quella che ne fa a meno. La differenza di struttura e la differenza di mestiere sono la stessa cosa vista da due lati.

Perché nell'RNA c'è la U e non la T

Questa è la domanda che la regola "un RNA con una T dentro non è un RNA" lascia sempre senza risposta, e la risposta esiste.

Uracile e timina sono la stessa base a meno di un gruppo metile: la timina è uracile con un CH₃ attaccato. Costruire uracile costa meno, e per una molecola usa e getta come l'RNA questo basta.

Il motivo per cui il DNA paga invece il sovrapprezzo è più interessante, e riguarda la riparazione. La citosina si deamina spontaneamente e diventa uracile: è uno degli incidenti chimici più frequenti nel DNA. Se il DNA usasse normalmente l'uracile, la cellula non avrebbe modo di distinguere un uracile "legittimo" da uno nato per errore da una citosina, e non potrebbe correggerlo. Usando la timina, invece, ogni uracile trovato nel DNA è per definizione un errore, e i sistemi di riparazione lo tolgono senza esitare. L'RNA questo problema non ce l'ha, perché non viene riparato: dura poche ore e poi viene degradato.

La precisazione che vale mezzo voto

L'errore "l'uracile sostituisce l'adenina" gira parecchio, e va nominato per ucciderlo. U si appaia con A, esattamente come faceva T. I legami a idrogeno restano quelli che hai già visto nella guida sul DNA: non cambia nessun numero, cambia solo una lettera.

I tre tipi, definiti per mestiere e non per nome

Il nome dice poco, il mestiere dice tutto.

• mRNA (RNA messaggero). Porta l'informazione dal DNA al ribosoma. È la copia del gene che verrà tradotta, ed è l'unico dei tre che contiene i codoni.
• tRNA (RNA di trasporto, o transfer). È l'adattatore: da una parte tiene attaccato un amminoacido, dall'altra ha l'anticodone, tre basi con cui riconosce il codone giusto. Non decide niente: esegue un appaiamento.
• rRNA (RNA ribosomiale). Forma il nucleo strutturale e catalitico del ribosoma. E attenzione, perché qui quasi tutti i riassunti sbagliano per omissione: non è un'impalcatura passiva. È l'rRNA a catalizzare il legame peptidico — il legame chimico che tiene attaccati due amminoacidi consecutivi, cioè quello che fa di una fila di amminoacidi una catena sola — e questo è il lavoro chimico vero della traduzione. Ci torniamo nella sezione 7.

La misconcezione da scalzare qui: il tRNA non porta il messaggio

È un'idea sbagliata che si nasconde bene, perché nessuno la dice ad alta voce. Nello studio di Wright, Fisk e Newman citato nella sezione 1, il 16% degli studenti immaginava un RNA che preesiste e va a leggere il DNA: lo studio si ferma qui, e descrive quell'RNA come un partecipante attivo del processo, senza dire di che tipo di RNA si tratti. Chi insegna, però, riconosce il ritratto: nella maggior parte dei casi l'RNA che gli studenti hanno in mente, quando lo si fa descrivere, ha le funzioni del tRNA. Questa seconda parte è un'osservazione d'aula, non un risultato pubblicato, e va presa per quello che è.

Nasce da tre cose messe insieme, e vale la pena vederle perché così smetti di caderci:

1) Il nome. "RNA di trasporto" suona come "il corriere", e il corriere è quello che porta il messaggio. Che trasporti un amminoacido e non un'informazione, dal nome non si capisce.
2) Il disegno. Nei manuali il tRNA è la molecola disegnata meglio: ha una forma riconoscibile — il trifoglio, la L — e ogni sua parte ha un nome. L'mRNA è una linea. Quello che ha la forma sembra il protagonista.
3) Il riconoscimento. L'appaiamento codone-anticodone è l'unico evento di specificità che si vede nella figura. Chi riconosce sembra anche chi possiede l'informazione.

Le due prove che chiudono la questione sono concrete e verificabili.

Prima prova, il conto. In una cellula umana le specie diverse di tRNA sono qualche decina, e sono sempre le stesse in ogni cellula del corpo: gli stessi identici tRNA che in un neurone servono a costruire la tubulina servono, in un eritroblasto — la cellula del midollo che diventerà un globulo rosso — a costruire la beta-globina. Se l'informazione stesse nel tRNA, tutte le cellule farebbero la stessa proteina, e tu saresti un impasto uniforme. Quello che cambia da cellula a cellula è quale mRNA è presente.

Seconda prova, l'esperimento in catalogo. Il lisato di reticolociti di coniglio è un sistema di traduzione in provetta venduto da decenni. Funziona così: si prende l'estratto e lo si tratta con una nucleasi — nel prodotto Promega L4960, "Rabbit Reticulocyte Lysate, Nuclease-Treated", è la nucleasi micrococcica — che distrugge l'mRNA già presente. Risultato: la sintesi proteica si azzera, benché tRNA, ribosomi, amminoacidi ed enzimi siano tutti ancora lì, intatti. Poi si aggiunge un mRNA a scelta, e la macchina produce quella proteina, qualunque essa sia. Il tRNA non è mai stato toccato. L'informazione stava tutta nell'mRNA, e questo non è un aneddoto: è una voce di catalogo, con un codice che puoi cercare da solo.

L'analogia, se stai preparando la terza media

[Medie]

Due immagini che funzionano e che puoi usare all'orale senza dire una parola tecnica.

La proteina è una collana di perle, e ogni perla è un amminoacido: quello che la rende diversa da un'altra collana è l'ordine delle perle, non le perle in sé, che sono sempre le stesse venti.

E l'mRNA è il negativo di una fotografia, non la fotografia: non è l'originale e non è nemmeno il prodotto finito, è il passaggio intermedio da cui si tirano tutte le copie che vuoi senza consumare l'originale. Che è poi esattamente la risposta alla domanda della sezione 1 sull'epatocita.

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La trascrizione: quale dei due filamenti, in che verso, con quale enzima

Si comincia dall'errore, perché questo è il punto in cui si perde più gente, ed è la ragione per cui apre la classifica degli otto errori della sezione 11. Non è un'impressione: lo dice il traffico di ricerca, su Google esiste un intero grappolo di ricerche dedicate, filamento stampo e codificante, quale dei due filamenti di DNA, filamento stampo direzione.

L'errore è questo: il nome codificante suggerisce attivo, usato, letto. Ed è esattamente il filamento che non si copia.

E la prima causa dell'errore non sei tu: sono i libri, che usano sei etichette per due filamenti e non le mappano mai fra loro. Tienile in tabella, perché la sera prima della verifica trovi un nome sul libro e un altro su Google.


Tre nomi da una parte, tre dall'altra, e le due colonne significano cose opposte.

L'aggravante italiana, da dire in chiaro

C'è un cortocircuito preciso, ed è il motivo per cui tanti studenti che hanno capito la teoria sbagliano lo stesso l'esercizio.

La regola che impari a lezione è "si trascrive lo stampo". Ma quasi tutti gli esercizi ti danno il filamento codificante, perché così chi corregge legge la soluzione a occhio, senza fare conti. Tu, allenato a complementare, complementi — e ottieni il rovescio esatto della risposta giusta.

Dove comincia e dove finisce: promotore e terminatore

Prima delle direzioni serve una cosa che quasi nessun riassunto dice, e senza la quale la RNA polimerasi sembra partire a caso.

• Il promotore è un tratto di DNA che sta prima del gene, e non viene trascritto: è il punto in cui la RNA polimerasi si attacca e da cui decide di partire. È il promotore a stabilire quale dei due filamenti fa da stampo e in che verso si va, e quindi anche dove sta l'inizio della trascrizione.
• Il terminatore è il segnale che dice alla polimerasi di staccarsi. Nei batteri è un tratto ben definito sul DNA; negli eucarioti la fine del trascritto è determinata in modo più indiretto, insieme al taglio e alla poliadenilazione della sezione 5.

Tienili da parte, perché tornano due volte: nella sezione 8, dove il terminatore va tenuto separato dal codone di stop, e nella sezione 11, dove una misconcezione documentata riguarda proprio studenti convinti che promotore e gene finiscano tradotti insieme nella stessa proteina.

Lo schema, da copiare tale e quale

Con le estremità scritte su ogni riga, sempre. Sequenze senza 5' e 3' sono la scuola dell'errore.

codificante  5'-ATG GCT TGC CAT TAA-3'   (non viene letto)
stampo       3'-TAC CGA ACG GTA ATT-5'   (letto dalla RNA polimerasi)
mRNA         5'-AUG GCU UGC CAU UAA-3'
                Met Ala Cys His STOP

Guardalo per trenta secondi, poi leggi la regola:

Complementare da una parte, identico dall'altra. È tutto lì.

Le direzioni, il punto dove si sbaglia di più

• L'RNA viene sintetizzato in direzione 5'→3'. Sempre, senza eccezioni, esattamente come il DNA nuovo della guida precedente.
• Di conseguenza il filamento stampo viene letto in direzione 3'→5'.

Sono due frecce diverse e vanno nominate separatamente, altrimenti "direzione" da sola non vuol dire niente. Che cosa siano davvero 5' e 3' — due atomi di carbonio dello zucchero, non sinistra e destra — sta nella guida su il DNA, struttura e duplicazione: qui si usano, non si ridefiniscono.

L'esempio vero, che si autodiagnostica

Non una sequenza inventata: l'inizio reale del gene umano HBB, quello della beta-globina. Le lettere qui sotto sono copiate dalla sequenza codificante di riferimento NM_000518.5 dell'NCBI, 444 basi in tutto, cioè 148 codoni compreso lo stop.

codificante  5'-ATG GTG CAT CTG ACT CCT GAG GAG AAG-3'
stampo       3'-TAC CAC GTA GAC TGA GGA CTC CTC TTC-5'
mRNA         5'-AUG GUG CAU CUG ACU CCU GAG GAG AAG-3'
                Met Val His Leu Thr Pro Glu Glu Lys

Met-Val-His-Leu-Thr-Pro-Glu-Glu-Lys è l'inizio vero della beta-globina umana, quella che hai nei globuli rossi adesso: lo puoi ricontrollare sul record proteico NCBI NP_000509.1, che comincia esattamente con MVHLTPEEK.

Con questa convenzione in mano: il codone 7, quel primo GAG, è il punto esatto dell'anemia falciforme — cioè l'amminoacido 6 della beta-globina matura. Il frammento torna nella sezione 8 e poi nell'esercizio 9 della sezione 10.

E adesso l'autodiagnosi. Chi complementa il filamento codificante per abitudine ottiene:

sbagliato    5'-UAC CAC GUA GAC UGA...-3'
                Tyr His Val Asp STOP

Primo codone UAC, tirosina. Non c'è nessun codone di inizio, e quattro codoni dopo c'è già uno stop. Da qui esce la regola pratica più utile del capitolo:

Due note su questo schema, perché sono trappole reali.

La prima. Sul filamento stampo compare la terna TGA, e a occhio somiglia a un codone di stop. Non lo è, per due motivi in fila: quel filamento non viene tradotto, e comunque non viene nemmeno letto in quel verso. I codoni esistono solo sull'mRNA. Se ti ritrovi a cercare AUG o UAA su un filamento di DNA, ti sei perso un passaggio.

La seconda. Se in giro trovi questa stessa sequenza scritta con CAC al terzo codone invece di CAU, la traduzione non cambia: CAU e CAC danno tutti e due istidina, sono due codoni sinonimi, e nessuno può accorgersi della differenza guardando la proteina. Ma la sequenza vera di HBB, sul DNA, è CAT — cioè CAU sull'mRNA — e in un esercizio la lettera va copiata come sta. Una sequenza dichiarata falsa resta falsa anche quando l'amminoacido è giusto.

Enzima e luogo

L'enzima è la RNA polimerasi, e non ha niente a che vedere con la DNA polimerasi della guida precedente, se non il cognome. È lei che riconosce il promotore, si aggancia, apre la doppia elica e comincia a scrivere.

• Nei procarioti ce n'è una sola, e lavora nel citoplasma, perché non c'è nucleo. Da questo fatto discende tutta la sezione 5.
• Negli eucarioti la trascrizione avviene nel nucleo, e l'mRNA maturo esce solo dopo.

[Quinta e test]

Negli eucarioti le RNA polimerasi sono tre, e ognuna ha il suo prodotto: la I fa l'rRNA, la II fa l'mRNA, la III fa i tRNA e altri RNA piccoli. Nei quiz di ammissione la domanda è quasi sempre la stessa: se si parla di mRNA, l'enzima corretto è la RNA polimerasi II. Al biennio "RNA polimerasi" e basta è una risposta piena.

[Superiori]

Una differenza rispetto alla duplicazione che vale la pena fissare adesso: la duplicazione copia tutto il DNA e usa tutti e due i filamenti come stampo, una volta sola per ciclo cellulare. La trascrizione copia un gene alla volta, usa un filamento solo, e va avanti in continuazione anche in una cellula che non si dividerà mai più.

E quello che esce dalla RNA polimerasi non è ancora l'mRNA che verrà tradotto: prima di uscire dal nucleo deve passare da tre lavorazioni. Sono la sezione 5.

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La maturazione dell'mRNA: cappuccio, coda e splicing

Quello che esce dalla RNA polimerasi non è un messaggio pronto: è una bozza. Si chiama pre-mRNA, oppure trascritto primario, e negli eucarioti non viene mai tradotto così com'è. Fra la trascrizione della sezione 4 e la traduzione della sezione 7 c'è un cantiere, e ci sono tre lavorazioni. Tutte e tre solo negli eucarioti: tienilo a mente, perché è la prima riga di risposta a metà delle domande su procarioti ed eucarioti.

Le tre modifiche

[Superiori]

1) Il cappuccio al 5'. All'estremità 5' viene attaccato un nucleotide di guanina modificato, la 7-metilguanosina, e viene attaccato in un modo insolito: con un ponte 5'-5' trifosfato. Insolito perché tutti gli altri legami dello scheletro di un acido nucleico vanno da un 5' a un 3', come hai visto nella guida sul DNA, mentre qui due estremità 5' si guardano in faccia. Il cappuccio protegge il trascritto dalla degradazione, serve come lasciapassare per uscire dal nucleo, e viene riconosciuto dal ribosoma quando la traduzione comincia.
2) La coda di poli-A al 3'. Una fila di circa 200 nucleotidi di adenina, uno dietro l'altro. Anche lei protegge dalla degradazione e aiuta l'esportazione e la traduzione.
3) Lo splicing. Vengono tagliati via gli introni e saldati fra loro gli esoni. Il lavoro lo fa lo spliceosoma, un complesso di cinque snRNP, cioè proteine più piccoli RNA nucleari (snRNA): non è un enzima solo, è una squadra. L'introne rimosso viene rilasciato ripiegato a cappio.

La regola che si usa davvero negli esercizi: nella grande maggioranza dei casi un introne comincia con GU e finisce con AG. Non è una curiosità: è il modo di riconoscere i confini senza tirare a indovinare, e lo vedi applicato passo passo nell'esercizio 12 della sezione 10.

Prima idea da scalzare: le proporzioni vere, quelle che le figure non ti fanno vedere

Nei manuali introni ed esoni sono blocchetti della stessa taglia, e il taglio sembra un ritocco. Guarda i numeri veri del gene umano DMD, quello della distrofina, il gene la cui alterazione causa la distrofia di Duchenne.


Fai la divisione: 14.000 ÷ 2.400.000 = 0,0058, cioè lo 0,58%. Del gene arriva al ribosoma meno dell'un per cento. Se lo disegnassi in scala su un foglio A4, gli esoni sarebbero righe più sottili di un capello. Il taglio non è un dettaglio della maturazione: è la maturazione. Fra l'introne 14 e l'introne 44 ci sono più di duemila volte di differenza: le figure dei manuali, con i blocchetti tutti uguali, non possono in alcun modo dartelo a vedere.

Seconda idea da scalzare: esone non vuol dire codificante

Resta sullo stesso gene e continua il conto. La proteina ha 3.685 amminoacidi, quindi i nucleotidi tradotti sono 3.685 × 3 = 11.055, più i 3 del codone di stop. Ma l'mRNA maturo è lungo 14.000 nucleotidi: ne avanzano quasi 3.000 che stanno nell'mRNA maturo, escono dal nucleo, arrivano al ribosoma e non vengono tradotti. Sono le regioni non tradotte, il 5'UTR e il 3'UTR, e stanno dentro gli esoni.

Non è un caso isolato. Not all exons are protein coding: addressing a common misconception (Cell Genomics 3:100296, 2023) rileva che meno del 30% della sequenza esonica umana codifica per proteina: il termine "esone" viene usato come sinonimo di "codificante", e non lo è.

Il conto da due minuti, da fare sul quaderno con il gene HBB della beta-globina. La proteina matura è di 146 amminoacidi, 147 contando la metionina iniziale che poi viene rimossa — la doppia numerazione della sezione 4, che torna qui e nella sezione 8. Quindi i nucleotidi tradotti sono 147 × 3 = 441, che con i 3 dello stop fanno le 444 basi della sequenza codificante NM_000518.5. Il gene però è lungo circa 1.600 paia di basi, con 3 esoni e 2 introni, e l'mRNA maturo ha UTR a tutte e due le estremità. Da 1.600 a 441: esone, tradotto e gene non sono tre parole per la stessa cosa.

Terza idea da scalzare: gli introni non sono spazzatura

L'obiezione ragionevole è: se un pezzo viene buttato via, perché trascriverlo? E da lì si scivola in "gli introni sono DNA spazzatura". L'esempio che smonta la frase è quello più pertinente per l'Italia.

La beta-talassemia IVS-I-110 (G>A) è fra le mutazioni più comuni nel bacino del Mediterraneo. È una sola sostituzione, e sta dentro il primo introne di HBB. Crea un sito accettore di splicing criptico, 19 nucleotidi a monte di quello vero: lo spliceosoma taglia nel punto sbagliato nell'80-90% dei trascritti, e in quegli mRNA maturi restano dentro 19 nucleotidi di introne. Quei 19 nucleotidi introducono un codone di stop prematuro, e la beta-globina funzionale crolla di circa il 90%.

Riassumendo: una malattia grave, senza che sia stato toccato un solo codone. Se gli introni fossero davvero spazzatura, una lettera cambiata lì dentro non avrebbe alcun effetto.

E i procarioti? Nessuna delle tre

Nei batteri non c'è il cappuccio, non c'è la coda di poli-A, non c'è splicing — e di norma non ci sono nemmeno gli introni. Il motivo non è che siano più semplici: è che non hanno il nucleo. Mancando il compartimento, trascrizione e traduzione sono accoppiate: i ribosomi cominciano a tradurre l'mRNA mentre la RNA polimerasi lo sta ancora scrivendo. E l'mRNA batterico è spesso policistronico, cioè un solo messaggio porta più geni e produce più proteine, mentre quello eucariotico è monocistronico.

Adesso la domanda che vale il ragionamento intero: perché negli eucarioti questo non potrebbe succedere?

Perché se il ribosoma si attaccasse al pre-mRNA, tradurrebbe anche gli introni. Su DMD tradurrebbe due milioni e passa di nucleotidi che non c'entrano niente. La compartimentazione non è un dettaglio anatomico: è ciò che rende possibile la maturazione, cioè è la membrana nucleare a garantire che al ribosoma arrivi solo roba finita.

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Il codice genetico: perché tre basi, e la tabella completa dei 64 codoni

Il ragionamento aritmetico lo fanno tutti, ma quasi tutti si fermano un passo prima della conclusione utile. Rifacciamolo per intero — è lo stesso conto già accennato nella sezione 1, qui svolto fino in fondo.

Le lettere dell'mRNA sono 4. Gli amminoacidi da specificare sono 20.

• Con 1 base per amminoacido: 4 combinazioni. Troppo poche.
• Con 2 basi: 4² = 16. Troppo poche per un soffio, e questo "per un soffio" fa venire in mente che il codice a triplette sia il minimo indispensabile scelto da qualcuno. Non è così, e la riga qui sotto lo mostra: passando a tre basi non si arriva a 21 o 22, si arriva a 64, cioè a più del triplo del necessario. Il codice non è minimale, e non è stato "scelto": è quello che è, e l'abbondanza che ne risulta è esattamente il punto seguente.
• Con 3 basi: 4³ = 64. Bastano, e avanzano.

E qui di solito si chiude con "64 è maggiore di 20, quindi va bene". Il passo che manca è la sottrazione: tre di quei 64 non specificano nessun amminoacido, sono i codoni di stop. Restano 64 − 3 = 61 codoni per 20 amminoacidi, cioè in media 3 codoni per amminoacido.

Le proprietà, ciascuna con la sua formula netta

• A triplette. L'unità è il codone: tre basi consecutive dell'mRNA.
• Ridondante (o degenerato): più codoni per lo stesso amminoacido, fino a sei.
• NON ambiguo. Ed è qui che si sbaglia di più, perché sembra la contraddizione della riga sopra e non lo è. La formula da scrivere sul quaderno: molti codoni → un amminoacido, sì; un codone → più amminoacidi, mai. Andata sicura, ritorno multiplo.
• Non sovrapposto. I codoni si leggono uno dopo l'altro senza condividere basi: la base che chiude un codone non apre il successivo.
• Senza virgole. Fra un codone e il successivo non c'è nessun segno separatore. Da qui il modulo di lettura (o cornice, o reading frame): a fissarlo è l'AUG, e togliere o aggiungere una base lo sposta tutto quanto (sezione 8).
• Quasi universale. Lo stesso codone significa lo stesso amminoacido dai batteri all'uomo — ed è un argomento forte a favore di un'origine comune. Il "quasi" è obbligatorio, e la prova documentale è a portata di clic: NCBI non pubblica una tabella, ne pubblica una trentina, numerate da 1 a 33, e le trovi tutte sulla pagina [The Genetic Codes](https://www.ncbi.nlm.nih.gov/Taxonomy/Utils/wprintgc.cgi). La transl_table=2, per dire, è quella dei mitocondri dei vertebrati, dove AGA e AGG non sono arginina ma stop e AUA non è isoleucina ma metionina. Chi scrive "universale" senza avverbio sta ignorando quelle tabelle.

I numeri che si chiedono a crocette

• Metionina (AUG) e triptofano (UGG) sono gli unici due amminoacidi con un solo codone. Sono anche gli unici due punti di ancoraggio certi quando si torna indietro dalla proteina all'mRNA.
• Leucina, serina e arginina hanno sei codoni ciascuno: da soli coprono 18 dei 61 codoni di senso, cioè quasi un terzo del codice per 3 amminoacidi su 20.
• Serina e arginina hanno i loro sei in due blocchi non contigui: la serina in UCU, UCC, UCA, UCG più AGU e AGC; l'arginina in CGU, CGC, CGA, CGG più AGA e AGG. È esattamente lì che le tabelle semplificate perdono un pezzo, quindi controlla sempre che la tua ne conti sei.
• Stop: UAA, UAG, UGA. Nomi tradizionali, con l'inversione più frequente segnalata subito: ambra = UAG, ocra = UAA, opale = UGA. In giro si legge spessissimo "ambra = UAA": è sbagliato.

La tabella completa, prima griglia: per amminoacido

Somma di controllo: 61 codoni di senso + 3 di stop = 64. Se la tabella che stai usando non torna, ne ha persa una.

Le due coppie su cui si sbaglia più spesso stanno vicine in questa griglia, e conviene fissarle adesso: CAU e CAC sono istidina, CAA e CAG sono glutammina. Cambiano per una lettera sola e sono due amminoacidi diversi. Ci si gioca il senso di due esercizi di questa guida.

La tabella completa, seconda griglia: i 64 codoni in ordine alfabetico

Questa serve per gli esercizi, dove si entra con il codone e si cerca l'amminoacido, e per il controllo tipografico.


Fonte di entrambe le griglie: NCBI, The Genetic Codes, translation table 1 (il codice standard). Non sono state scritte a memoria, e non sono state copiate da un manuale: sono state ricavate decodificando riga per riga le quattro stringhe che NCBI pubblica per la transl_table=1 — quella degli amminoacidi e le tre delle basi in prima, seconda e terza posizione. Il controllo indipendente è stato fatto con una proteina vera: i primi codoni della sequenza codificante di HBB (NM_000518.5) tradotti con queste griglie danno MVHLTPEEKS, che è esattamente l'inizio del record proteico NP_000509.1. Se una casella fosse sbagliata, quella verifica non tornerebbe.

Come si legge, che è la domanda che nessuno ti risponde

Si entra con il codone dell'mRNA, scritto 5'→3'. Tre precisazioni, e sono tre errori diversi:

• Non si entra con una tripletta di DNA. Se cerchi ATG nella tabella non lo trovi, e non è un refuso: nell'RNA la T non esiste. Prima trascrivi, poi cerchi.
• Non si entra con un anticodone. L'anticodone è del tRNA, e la tabella non lo prevede: se lo usi ottieni un amminoacido sbagliato con una procedura che sembra giusta (sezione 7).
• Non si entra dal primo nucleotide della sequenza. La cornice la fissa l'AUG. Tutto quello che sta prima è 5'UTR e non si traduce.

Il vacillamento

[Quinta e test]

La terza posizione del codone tollera appaiamenti non canonici con l'anticodone: è il vacillamento (in inglese wobble). Un solo tRNA riesce così a leggere più codoni sinonimi, e questo spiega due cose insieme: perché il codice è degenerato proprio in terza posizione, e perché i tipi di tRNA in una cellula sono meno di 61.

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La traduzione: il ribosoma, i siti A, P ed E, e l'anticodone che si scrive al contrario

Il ribosoma, e i numeri che non si sommano

Il ribosoma è fatto di due subunità, una grande e una piccola, che stanno separate e si assemblano sull'mRNA quando la traduzione comincia. I numeri da sapere:


Questa tabella distingue procarioti ed eucarioti riga per riga, e da qui in avanti la distinzione va mantenuta: nei paragrafi che seguono, ogni volta che un dato vale solo per una delle due colonne, è detto.

Chi carica il tRNA, prima ancora che cominci il lavoro

C'è un attore che i riassunti saltano quasi sempre, e senza il quale la frase "l'anticodone garantisce l'amminoacido giusto" non sta in piedi.

[Quinta e test]

L'enzima che attacca l'amminoacido al suo tRNA si chiama amminoacil-tRNA sintetasi, e ce n'è una per ciascun amminoacido. È lei a riconoscere insieme due cose — l'amminoacido e il tRNA che gli compete — e a legarli. Da questo discende una precisazione importante:

Tienila da parte: è una domanda d'orale classica, e la risposta "decide l'anticodone" da sola è incompleta.

I tre siti, e il verso del movimento

Gli alloggiamenti sono tre, e stanno a cavallo delle due subunità: l'estremità del tRNA che porta l'anticodone si appaia al codone nella subunità piccola, quella che porta l'amminoacido sta nella grande, dove avviene il legame peptidico. Il tRNA li attraversa sempre nello stesso ordine: A → P → E.

• A, aminoacilico: qui entra il tRNA carico con il nuovo amminoacido.
• P, peptidilico: qui sta il tRNA che tiene attaccata la catena in crescita.
• E, exit: da qui esce il tRNA ormai scarico, che verrà ricaricato dalla sua amminoacil-tRNA sintetasi e rimesso in circolo.

Se ti chiedono "dove entra il tRNA carico" la risposta è A, e la lettera lo dice: A come amminoacile, E come uscita.

Le tre fasi

[Superiori]

Inizio. Negli eucarioti la subunità piccola si lega vicino all'estremità 5' dell'mRNA, riconoscendo il cappuccio, e scorre lungo il messaggio fino al primo AUG: è il meccanismo detto di scanning. Nei batteri non funziona così: il ribosoma non scorre dal 5', si posiziona direttamente su un sito di legame dedicato che sta sull'mRNA poco prima del codone di inizio. In tutti e due i casi, poi, il tRNA iniziatore non passa dal sito A: si posiziona direttamente nel sito P, si aggancia la subunità grande e il macchinario è pronto. Il primo amminoacido è la metionina negli eucarioti; nei batteri, e anche nei mitocondri e nei cloroplasti, è la N-formilmetionina.

[Superiori]

Allungamento. Il ribosoma scorre sull'mRNA in direzione 5'→3', tre basi alla volta. A ogni codone, l'amminoacido inserito è quello portato dal tRNA il cui anticodone si appaia con il codone: il ribosoma verifica l'appaiamento, non l'identità dell'amminoacido, che è stata decisa prima dalla sintetasi. Poi si forma il legame peptidico fra la catena in crescita e l'amminoacido nuovo. A catalizzarlo è l'attività peptidil-transferasica, che risiede nell'rRNA della subunità grande — il 23S nei procarioti, il 28S negli eucarioti — e non in una proteina: il ribosoma è quindi un ribozima, cioè un RNA che fa da enzima. Se la domanda riguarda una cellula umana, il numero da dire è 28S.

[Superiori]

Terminazione. Quando nel sito A arriva UAA, UAG o UGA, in condizioni normali non si presenta nessun tRNA. Si legano invece i fattori di rilascio, proteine, che fanno aggiungere alla catena una molecola d'acqua invece di un amminoacido. La proteina si stacca dal tRNA, il ribosoma si dissocia nelle due subunità.

[Quinta e test]

Il "in condizioni normali" della riga sopra non è un'esitazione. In contesti particolari UGA e UAG possono essere ricodificati: UGA specifica la selenocisteina quando l'mRNA porta un elemento di sequenza dedicato, e UAG specifica la pirrolisina in alcuni procarioti; in tutti e due i casi esiste un tRNA apposito. Esistono inoltre i tRNA soppressori, che leggono uno stop per effetto di una mutazione. Sono queste le eccezioni che giustificano il quasi di "quasi universale" della sezione 6: la regola scolastica — nessun tRNA legge gli stop — resta quella da scrivere in verifica, ma adesso sai perché ha bisogno di una clausola.

[Superiori]

L'errore che si ripete a ogni verifica

Guardalo incolonnato, che è l'unico modo in cui si vede:

codone  mRNA      5'- A   U   G -3'
                      .   .   .
anticodone tRNA   3'- U   A   C -5'

Scritto in quel verso, 3'-UAC-5' è corretto. Diventa sbagliato appena qualcuno cancella le estremità e lascia "UAC" nudo, o peggio scrive 5'-UAC-3'. Altri quattro casi, da rifare a mano per allenarsi:


L'ultima riga è cattiva apposta: il codone CAU ha come anticodone AUG, che a occhio sembra il codone di inizio e non lo è. Le stesse tre lettere, in due molecole diverse, con due significati diversi.

L'esercizio che fa emergere l'errore, ed è al contrario

Le verifiche chiedono quasi sempre l'anticodone a partire dal codone, e in quel verso l'errore si nasconde. Prova nel verso opposto.

Dato l'anticodone 5'-AAG-3', qual è il codone e quale amminoacido porta?

Appaialo antiparallelo: 5'-AAG-3' sta di fronte a 3'-UUC-5'. Riscrivi il codone come si deve, cioè 5'→3': 5'-CUU-3', che è leucina.

Chi ignora l'orientamento complementa e basta, ottiene "UUC" e risponde fenilalanina. Due amminoacidi completamente diversi dalle stesse tre lettere lette dalla parte sbagliata.

Dove avviene, visto che è la domanda più cercata

E ha risposta doppia, che è precisamente il motivo per cui non entra in testa:

• la trascrizione avviene nel nucleo (sezione 4);
• la traduzione avviene nel citoplasma, sui ribosomi liberi oppure su quelli attaccati al reticolo endoplasmatico ruvido.

L'idea che si faccia tutto nel nucleo nasce dal modello del "nucleo centro di comando" imparato alle medie e mai smontato. Ecco come si smonta, e non con un'analogia ma con una cellula vera.

Il reticolocita è il globulo rosso immaturo. Ha già espulso il nucleo: non ha DNA, non può trascrivere niente. Eppure continua per uno o due giorni a sintetizzare emoglobina a ritmo pieno, usando gli mRNA già presenti nel citoplasma e i suoi ribosomi. Non è un caso di laboratorio esotico: è la base del lisato di reticolociti di coniglio, il sistema standard di traduzione fuori dalla cellula, quello con il codice di catalogo che hai visto nella sezione 3.

Una cellula senza nucleo che produce proteine per due giorni è la dimostrazione sperimentale che la sintesi proteica non avviene nel nucleo.

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Le mutazioni: una lettera cambiata, quattro esiti completamente diversi

Questa è la sezione per cui l'argomento conta. Senza le mutazioni la sintesi proteica resta una procedura da eseguire — copia, complementa, consulta la tabella — e si può prendere otto in verifica senza aver capito a che cosa serva.

La guida sul DNA si chiudeva dicendo che un allele nuovo nasce da un errore di copiatura sfuggito alla correzione di bozze. Bene: qui si vede che cosa fa quell'errore. Quattro esiti, tutti mostrati sullo stesso gene, HBB, quello della beta-globina, così il confronto è pulito.


I numeri di codone e di amminoacido che seguono usano la convenzione dichiarata nella sezione 4: codone contato sulla sequenza codificante a partire dall'ATG, amminoacido contato sulla proteina matura, senza la metionina iniziale. Con una sola eccezione, che segnalo subito perché è proprio quella che confonde: il nome storico «codone 39» della beta-talassemia sarda segue la numerazione della proteina matura, non della sequenza codificante — sulla sequenza codificante quel codone è il quarantesimo. Il nome è entrato nell'uso così e non si può cambiare: si può solo sapere che cos'è.

Silente

Nel tratto ... CCU GAG GAG AAG ... dell'mRNA ci sono due GAG consecutivi, e sono i codoni 7 e 8. Prendi il primo e cambia la terza base:

GAG → GAA. Tabella alla mano: GAG è acido glutammico, GAA è acido glutammico. Non succede assolutamente niente.

Da qui la regola che vale mezzo esercizio: la terza posizione è quella più spesso "libera". Per prolina, treonina, alanina, glicina e valina tutte e quattro le basi in terza posizione danno lo stesso amminoacido — guarda le righe di prolina, treonina, alanina, glicina e valina nella prima tabella della sezione 6, quella ordinata per amminoacido, dove i quattro codoni di ciascuno stanno affiancati su una riga sola. Nella seconda griglia, quella alfabetica, gli stessi quattro codoni sono sparsi su quattro righe diverse e il colpo d'occhio non funziona.

Missenso

Stesso identico codone 7, ma cambia la seconda base: GAG → GUG nell'mRNA, cioè GAG → GTG sul filamento codificante. Acido glutammico → valina.

Questa è l'anemia falciforme, la variante patogena più comune di quel gene. Il motivo chimico va detto, perché è quello che spiega la gravità: l'acido glutammico è carico negativamente, la valina è apolare e idrofobica. Sulla superficie della molecola compare una zona appiccicosa, e le molecole di emoglobina polimerizzano fra loro. Un amminoacido cambiato su 146.

Due precisazioni che valgono punti.

La doppia numerazione, che è essa stessa una fonte di errore. La stessa mutazione si trova scritta Glu6Val e Glu7Val, e la formulazione dei libri — «il sesto amminoacido della beta-globina» — è giusta o sbagliata a seconda di che cosa si sta contando. Ecco le due contabilità, affiancate:


Non è una contraddizione, sono due sistemi diversi, e la nomenclatura ufficiale li porta tutti e due addosso: sul trascritto di riferimento NM_000518.5 la variante si scrive c.20A>T, cioè p.Glu7Val, mentre in clinica si chiama da sempre Glu6Val o HbS. Occasione per fissare una cosa che serve anche negli esercizi: il primo amminoacido tradotto spesso non è il primo amminoacido della proteina finita. Se una domanda dice solo «il sesto amminoacido», sta parlando della proteina matura; se dice «il settimo codone», della sequenza codificante. Sono lo stesso punto.

Missenso non vuol dire per forza grave. Sullo stesso codone, cambiando la terza base invece della seconda, si passa da GAG a GAU: acido glutammico → acido aspartico, anch'esso carico negativamente. Una sostituzione, un amminoacido diverso, e spesso nessuna conseguenza rilevante. Chi risponde "missenso, quindi malattia" ha imparato una parola, non un meccanismo.

Non senso, e qui va il caso italiano

Beta-zero talassemia da mutazione al codone 39 di HBB: CAG → TAG sul DNA, cioè CAG → UAG sull'mRNA. Glutammina → STOP. Rosatelli e colleghi (American Journal of Human Genetics, 1992), analizzando 3.000 cromosomi beta-talassemici sardi, l'hanno trovata sul 95,7% di essi: è la mutazione ampiamente predominante nella popolazione sarda.

E qui la doppia numerazione torna, quindi conviene farla vedere una seconda volta invece di lasciarla implicita. Quel "codone 39" è il numero della proteina matura, come il 6 di Glu6Val: sulla sequenza codificante quel codone è il quarantesimo, e infatti la scrittura ufficiale della variante è c.118C>T, p.Gln40Ter — le banche dati la registrano proprio così, elencando "codon 39" fra i nomi precedenti.

E adesso il passo per passo, che è tutto il valore di questa sezione.

1) Il DNA si replica normalmente. Tutto il gene, tutte le volte. La DNA polimerasi non ha idea di dove siano i codoni.
2) La trascrizione produce un mRNA completo, di lunghezza normale. La RNA polimerasi non riconosce UAG e non legge triplette affatto: per lei quel gene è identico a prima.
3) Il ribosoma traduce la metionina iniziale più 38 dei 146 amminoacidi — 39 residui in tutto — e si stacca. Qui, e solo qui, la mutazione ha effetto. Fai il conto con la tabella qui sopra e ti torna: lo stop cade al codone 40 della sequenza codificante, quindi vengono tradotti i codoni da 1 a 39.
4) Solo dopo, un meccanismo separato di controllo di qualità degrada quell'mRNA. Ed è per questo che nei pazienti si misura poco mRNA di beta-globina.

Il punto 4 è la trappola. Chi legge "meno mRNA" conclude a ritroso che la trascrizione si fosse fermata. È l'esatto contrario della direzione causale: la trascrizione era completa, l'mRNA è stato degradato dopo essere stato tradotto male.

Che questa insistenza serva è misurato. Prevost, Smith e Knight (CBE—Life Sciences Education 15:ar65, 2016) hanno chiesto per iscritto l'effetto di uno stop prematuro su replicazione, trascrizione e traduzione: 31% di risposte errate sulla replicazione, 38% sulla trascrizione, 23% sulla traduzione, e solo il 26% corretto su tutte e tre. La causa individuata dagli autori è lessicale: la parola "stop" viene intesa come arresto in generale, e la sua funzione viene estesa a monte, a processi che non c'entrano.

Frameshift

[Superiori]

Togliere o aggiungere nucleotidi non cambia un amminoacido: sposta la cornice, e da lì in poi cambia tutto.

• 1 o 2 nucleotidi tolti o aggiunti → il modulo di lettura scivola, tutti gli amminoacidi a valle sono diversi, e di solito compare o sparisce uno stop.
• 3 nucleotidi, o un multiplo di 3 → la cornice resta allineata: si perde o si guadagna un amminoacido, il resto della proteina è intatto.

Per questo inserzioni e delezioni sono in genere più gravi delle sostituzioni. Lo svolgimento numerico, con la stessa sequenza trattata prima per delezione e poi per inserzione, è l'esercizio 11 della sezione 10.

E per chiudere il cerchio con la sezione 5: la beta-talassemia IVS-I-110 fa un danno paragonabile senza toccare nemmeno un codone. La lettera cambiata sta dentro un introne, e a rovinare tutto è lo splicing fatto nel punto sbagliato. Le quattro caselle della tabella qui sopra sono i modi in cui si sbaglia una parola; quella è il modo in cui si sbaglia il ritaglio.

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Fin dove devi arrivare: una riga del ministero, e dove finisce questa guida

Due domande vere, che nessuna guida italiana si prende la briga di rispondere con un documento in mano: quanto devo studiare? e quanto di questo mi serve alla maturità? Si risponde leggendo le carte, non a impressione.

Al liceo: una parentesi, e 99 ore per tre materie

L'intera prescrizione nazionale sulla sintesi proteica, nei licei, sta dentro una parentesi. Indicazioni nazionali, DM 211/2010, secondo biennio — cioè terza e quarta. Questa è la formulazione dell'allegato del liceo scientifico:

La stessa formula compare pressoché identica negli allegati di liceo classico, linguistico, artistico e delle scienze umane. Il decreto la ripete sette volte in tutto, e la differenza fra le versioni è di una lettera: sei dicono «struttura e funzioni del DNA», al plurale, e una sola — quella del liceo scientifico, citata qui sopra — dice «struttura e funzione», al singolare. Il liceo scientifico opzione scienze applicate ha invece un testo suo, più lungo, che non usa quella parentesi ma nomina comunque il codice genetico.

La conclusione non cambia, ed è quella che conta per te: non è un contenuto da scientifico, è il contenuto comune di tutti i licei che hanno scienze naturali nel triennio.

Il monte ore che deve contenerla, al liceo scientifico, è di 99 ore annue nel triennio — e sono 99 ore per biologia, chimica e scienze della Terra messe insieme, perché "Scienze naturali" è una voce sola in cui stanno tre discipline.

Quando cade, poi, non lo decide il ministero. Le Indicazioni dicono che «i contenuti indicati saranno sviluppati dai docenti secondo le modalità e con l'ordine ritenuti più idonei alla classe»: che la sintesi proteica capiti in terza o in quarta è una scelta del dipartimento, non una prescrizione. Se la tua classe parallela l'ha fatta un anno prima, non è un errore di nessuno.

Al tecnico lo stesso argomento cade prima

Negli istituti tecnici il quadro è diverso, e va detto perché spiega le etichette di questa guida.

• Primo biennio, Scienze integrate (Biologia), Linee guida della Direttiva 57/2010, fra le abilità: «Descrivere il meccanismo di duplicazione del DNA e di sintesi delle proteine».
• Secondo biennio, indirizzo Chimica materiali e biotecnologie, articolazione Biotecnologie sanitarie, Direttiva 4/2012, una riga sola: «La trascrizione dell'RNA, la sintesi delle proteine e controllo dell'espressione genica».

Quindi lo stesso argomento arriva in prima o seconda in un tecnico e in terza o quarta in un liceo, con due profondità diverse. È per questo che i blocchi di questa guida sono marcati per profondità — «Medie», «Superiori», «Quinta e test» — e non con gli anni di corso: gli anni non coincidono.

Alle medie, per norma, non c'è

Nelle Indicazioni nazionali del primo ciclo, DM 254/2012, la biologia di terza media arriva a «conoscere le basi biologiche della trasmissione dei caratteri ereditari acquisendo le prime elementari nozioni di genetica». Le parole DNA, proteine, codice genetico, trascrizione e traduzione non compaiono nella parte di scienze. Nemmeno nelle nuove Indicazioni, il DM 221 del 9 dicembre 2025 pubblicato in Gazzetta Ufficiale il 27 gennaio 2026, che partono dall'anno scolastico 2026/27 in modo graduale dalle prime classi: lì si legge «riproduzione degli organismi viventi e principi di genetica», e il DNA non è nominato.

Molti libri di terza media però lo trattano lo stesso. Se ce l'hai sul libro non stai studiando cose in più per sbaglio: è una scelta editoriale, non un obbligo ministeriale. Ed è il motivo per cui i blocchi «Medie» di questa guida si fermano al concetto e non ti chiedono mai di scrivere un anticodone.

Dove invece è scritto nero su bianco: dopo la maturità

• Professioni sanitarie, DM 1003 del 6 agosto 2026, Allegato A: «Genetica molecolare: struttura e duplicazione del DNA, il codice genetico, la sintesi proteica».
• TOLC-F 2026 del CISIA (farmacia e affini): «Genetica molecolare: DNA e geni; codice genetico e sua traduzione; sintesi proteica».
• TOLC-AV 2026 (agraria e veterinaria): «Ereditarietà. DNA e geni. Codice genetico, sintesi proteica».
• Medicina: il test d'ingresso non c'è più, vige il semestre filtro. Nel syllabus MUR di Biologia l'unità didattica 3, «Il flusso dell'informazione», vale 1 CFU su 6 ed è tutta su replicazione, trascrizione, maturazione degli RNA e traduzione.

Il salto, misurato

Ecco che cosa c'è in quel syllabus universitario e non c'è in nessun documento curricolare della secondaria: spliceosoma e snRNA, ribozimi, editing dell'RNA, miRNA e RNA interference, capping e poliadenilazione, splicing alternativo, TATA box, enhancer e silencer, le tre RNA polimerasi distinte, i fattori di inizio allungamento e terminazione nominati uno per uno, le regioni non tradotte con funzione regolatoria, le proteine chaperon e il misfolding, la degradazione proteasomica ubiquitina-dipendente.

Due precisazioni per chi cerca "collegamenti maturità"

Non esiste una seconda prova di biologia del liceo biomedico. La «Biologia con curvatura biomedica» è una sperimentazione, nata dal Protocollo d'intesa MIUR-FNOMCeO del 21 marzo 2017: 150 ore in tre anni, 50 all'anno dal terzo, senza un esame proprio. L'indirizzo biomedico, a oggi, non esiste.

Esiste invece un quadro di riferimento per la seconda prova di Scienze naturali al liceo scientifico opzione scienze applicate (DM 769/2018), che fra i nuclei fondamentali nomina «Biologia molecolare e ingegneria genetica». Nelle annualità che risultano da fonte ufficiale, però, la seconda prova assegnata è stata un'altra: nel 2019 la prova mista di Matematica e Fisica, novità di quell'anno, svolta il 20 giugno; nel 2026, Matematica. In tutti e due i casi il punto regge: le Scienze naturali non escono. Dove la biologia molecolare esce davvero all'esame di Stato è nei tecnici Biotecnologie sanitarie: nel 2019 con un quesito sulla struttura del DNA, nel 2023 sulla tecnologia del DNA ricombinante.

Con questa guida il gruppo di scienze si chiude: le leggi di Mendel contano i caratteri, mitosi e meiosi mostrano il vettore, il DNA mostra la scrittura, e qui si vede finalmente che cosa se ne fa la cellula, di quel testo.

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Dodici esercizi svolti passo passo, dal DNA alla proteina

[Superiori]

Questa è la parte che in giro non c'è: le guide spiegano il concetto, la verifica valuta la procedura. Schema fisso — testo, la mossa che sblocca, svolgimento, risultato, errore tipico — e la tabella dei codoni è quella della sezione 6.

Esercizio 1 — dallo stampo all'mRNA

Testo. Filamento stampo 3'-TACGGACTTACGATT-5'. Scrivi l'mRNA e il peptide.

La mossa. Lo stampo si complementa, non si copia; e la complementare dell'adenina, nell'RNA, è U.

Svolgimento. Base per base, tenendo l'ordine: T→A, A→U, C→G, G→C.

Risultato. 5'-AUG CCU GAA UGC UAA-3' — metionina, prolina, acido glutammico, cisteina, stop. Peptide Met-Pro-Glu-Cys.

Errore tipico. Scrivere AUGCCTGAATGCTAA: una T dentro l'RNA.

Esercizio 2 — dal codificante all'mRNA, il caso che confonde tutti

Testo. Filamento codificante 5'-ATG GCA TTA CGT TGA-3'.

La mossa. Il codificante ha già la sequenza dell'mRNA: non si complementa niente, si cambia solo T in U.

Svolgimento. Controprova: lo stampo sarebbe 3'-TAC CGT AAT GCA ACT-5', e trascrivendo da lì si torna al codificante.

Risultato. 5'-AUG GCA UUA CGU UGA-3' → Met-Ala-Leu-Arg.

Errore tipico. Complementare per abitudine: verrebbe 5'-UAC CGU AAU GCA ACU-3', cioè Tyr-Arg-Asn-Ala-Thr, senza AUG in testa e senza stop in coda. È il campanello d'allarme più utile della sezione.

Esercizio 3 — dall'mRNA agli amminoacidi

Testo. 5'-AUGUUUGGACAUAAGUGCUAA-3', 21 nucleotidi.

La mossa. Prima della tabella, spezza in triplette con la matita: 21 diviso 3 fa 7 codoni esatti.

Svolgimento. AUG metionina, UUU fenilalanina, GGA glicina, CAU istidina, AAG lisina, UGC cisteina, UAA stop.

Risultato. Met-Phe-Gly-His-Lys-Cys: 6 amminoacidi, non 7.

Errore tipico. Contare lo stop come settimo. Amminoacidi uguale codoni meno lo stop. Occhio anche a CAU: è istidina, non glutammina — quella è CAA.

Esercizio 4 — dall'mRNA agli anticodoni

Testo. mRNA 5'-AUG CCA UCG AAU GGU UAG-3'. Scrivi gli anticodoni.

La mossa. L'anticodone è complementare e antiparallelo: appaiato sotto al codone va da 3' a 5'; nel verso convenzionale si complementa e poi si inverte.


Risultato. Cinque tRNA, cinque amminoacidi: Met-Pro-Ser-Asn-Gly.

Errore tipico. Dare "UAC" come anticodone di AUG senza dire in che verso è scritto: convenzionalmente è CAU.

Esercizio 5 — a ritroso, dagli amminoacidi all'mRNA

Testo. Peptide Met-Cys-Trp-Lys seguito da uno stop. Quante e quali sequenze lo codificano?

La mossa. Conta le possibilità di ogni posizione e moltiplica, senza dimenticare lo stop, che è una posizione come le altre.

Svolgimento. Met 1 codone (AUG), Cys 2 (UGU, UGC), Trp 1 (UGG), Lys 2 (AAA, AAG): il tratto codificante ha 1 × 2 × 1 × 2 = 4 varianti. Ma la domanda chiede la sequenza con lo stop, e di stop ce ne sono 3: 4 × 3 = 12 mRNA completi.

Risultato. Le quattro varianti del tratto codificante sono 5'-AUG UGU UGG AAA-3', 5'-AUG UGU UGG AAG-3', 5'-AUG UGC UGG AAA-3', 5'-AUG UGC UGG AAG-3'. A ciascuna va aggiunto in coda uno dei tre stop — UAA, UAG o UGA — e si arriva alle 12 sequenze complete. Scritta per esteso, la prima delle dodici è 5'-AUG UGU UGG AAA UAA-3'. Con Met-Ser-Leu il conto esplode: 1 × 6 × 6 = 36 tratti codificanti, cioè 108 mRNA completi.

Errore tipico. Darne una e chiamarla "la" soluzione; oppure fermarsi a 4 dimenticando che lo stop richiesto dal testo moltiplica per 3. La domanda giusta è "quante e quali", e la morale è che dalla proteina non si risale al gene.

Esercizio 6 — trovare il codone di inizio

Testo. 5'-GGCAAUCAUGGCUACAUUUGGAUAACCG-3', 28 nucleotidi.

La mossa. Non si traduce dal primo nucleotide. Si cerca AUG, e la cornice parte da lì.

Svolgimento. GGC, GCA, CAA, AAU, AUC, UCA: nessun AUG. Il primo comincia al nucleotide 8. Da lì: AUG, GCU, ACA, UUU, GGA, UAA stop; restano CCG.

Risultato. Met-Ala-Thr-Phe-Gly, con 7 nucleotidi di 5'UTR davanti e 3 di 3'UTR dietro.

Errore tipico. Partire dal nucleotide 1: verrebbe GGC-AAU-CAU-GGC-UAC-AUU-UGG-AUA-ACC, con un nucleotide che avanza e nessuno stop. Tabella usata benissimo, risposta sbagliata.

Esercizio 7 — uno stop a metà

Testo. 5'-AUGGAUCGUUGAGCUAAGCCUUAA-3', 24 nucleotidi, 8 codoni.

La mossa. Il ribosoma non sa che dopo c'è dell'altro: si stacca al primo stop in cornice.

Svolgimento. AUG metionina, GAU acido aspartico, CGU arginina, UGA stop. GCU, AAG, CCU e UAA non vengono mai letti.

Risultato. Met-Asp-Arg, 3 amminoacidi, e 12 nucleotidi mai tradotti.

Errore tipico. Tirare dritto fino allo stop finale perché UGA a occhio somiglia a UGG (triptofano) e a UGU e UGC (cisteina). Gli stop sono tre: UAA, UAG, UGA.

Esercizio 8 — mutazione silente

Testo. Codificante 5'-ATG CCA GAA TCA GGC TAA-3'. La A in posizione 12 diventa G.

La mossa. Guarda quale base del codone è cambiata: se è la terza, quasi sempre l'amminoacido non cambia.

Svolgimento. La posizione 12 è la terza base del quarto codone: nell'mRNA UCA diventa UCG, serina in entrambi i casi.

Risultato. Proteina identica, Met-Pro-Glu-Ser-Gly: mutazione silente. La serina ha sei codoni — UCU, UCC, UCA, UCG, AGU, AGC — quindi nel gruppo UC la terza base non conta.

Errore tipico. Dare per scontato che se cambia il DNA cambi la proteina; o rispondere "silente" a intuito, quando UUA→UUG è leucina→leucina ma UUA→UCA è leucina→serina.

Esercizio 9 — missenso, il caso reale dell'anemia falciforme

Testo. Inizio dell'mRNA della beta-globina umana, gene HBB, copiato dalla sequenza codificante di riferimento NM_000518.5: 5'-AUG GUG CAU CUG ACU CCU GAG GAG AAG-3'. La A centrale del settimo codone diventa U.

La mossa. Conta le triplette, individua il codone colpito e traduci solo quello, prima e dopo.

Svolgimento. Settimo codone: GAG diventa GUG, acido glutammico diventa valina. Nota bene il terzo codone mentre conti: è CAU, non CAC. Tutti e due danno istidina, quindi la traduzione non cambia, ma la sequenza vera del gene è CAU e in un esercizio si copia quello che c'è scritto.

Risultato. Da Met-Val-His-Leu-Thr-Pro-Glu-Glu-Lys a Met-Val-His-Leu-Thr-Pro-Val-Glu-Lys. Un amminoacido su 146, e basta per l'emoglobina S: il glutammato è carico negativamente, la valina è apolare.

Errore tipico. Chiamarla "non senso". Missenso è amminoacido diverso, non senso è uno stop. E la doppia numerazione: il codone colpito è il settimo della sequenza codificante, che è il sesto amminoacido della proteina matura perché la metionina iniziale viene rimossa dopo la traduzione. In clinica si dice Glu6Val, nella nomenclatura sul trascritto p.Glu7Val: stesso punto, due contabilità. Se la domanda non dice quale usa, dillo tu nella risposta.

Esercizio 10 — non senso, stop precoce

Testo. mRNA 5'-AUG AAG CAA UGG CCU GGA UAA-3'. La C in posizione 7 diventa U.

La mossa. Prima di tradurre chiediti: il codone nuovo è per caso UAA, UAG o UGA?

Svolgimento. Il terzo codone, CAA (glutammina), diventa UAA: stop.

Risultato. Da Met-Lys-Gln-Trp-Pro-Gly, 6 amminoacidi, a Met-Lys, 2.

Osservazione che vale un voto in più. Il quarto codone è UGG, triptofano: un solo cambio G→A in terza posizione lo farebbe diventare UGA, un altro stop. Il triptofano ha un codone unico, e somiglia a due stop su tre.

Errore tipico. Rispondere "Met-Lys-stop, quindi 3 amminoacidi". Lo stop non si conta. E attenzione a CAA: è glutammina. Chi la scambia per istidina sta guardando CAU o CAC.

Esercizio 11 — delezione e scivolamento della cornice

Testo. mRNA 5'-AUG CCA UUA GGC AAU UAG-3', che dà Met-Pro-Leu-Gly-Asn. Viene eliminata la C in posizione 4.

La mossa. Riscrivi tutto senza spazi, togli il nucleotide, e solo dopo rifai le triplette da capo.

Svolgimento. AUGCCAUUAGGCAAUUAG meno la quarta base dà AUGCAUUAGGCAAUUAG, 17 nucleotidi. Ridividendo: AUG, CAU (istidina), UAG (stop).

Risultato. Met-His, 2 amminoacidi invece di 5.

Il confronto che illumina. Inserendo invece una G dopo il terzo nucleotide viene AUGGCCAUUAGGCAAUUAG, cioè AUG-GCC-AUU-AGG-CAA-UUA con una G che avanza: Met-Ala-Ile-Arg-Gln-Leu, e lo stop originale è sparito. Uno scivolamento può troncare o allungare, ma rovina tutto a valle: 1 o 2 nucleotidi tolti o aggiunti fanno scivolare la cornice, 3 no.

Errore tipico. Cancellare la lettera tenendo i raggruppamenti già scritti sul foglio: così lo scivolamento non si vede.

Esercizio 12 — splicing prima della traduzione

Testo. Pre-mRNA di 54 nucleotidi.

5'-AUGGCU GUAAGUCUAUCCUUACAG CCAUUC GUGAGCAUUUCCUAACAG AAGUAA-3'
   esone1 --- introne 1 ---- esone2 --- introne 2 ---- esone3

La mossa. Il pre-mRNA non si traduce mai. Prima si tolgono gli introni, che nella grande maggioranza dei casi cominciano con GU e finiscono con AG; poi si legge.

Svolgimento. Introne 1, GUAAGUCUAUCCUUACAG, 18 nucleotidi: comincia GU, finisce AG. Introne 2, GUGAGCAUUUCCUAACAG: idem. Saldando i tre esoni resta 5'-AUG GCU CCA UUC AAG UAA-3', 18 nucleotidi.

Risultato. Met-Ala-Pro-Phe-Lys: 5 amminoacidi da 54 nucleotidi, due terzi buttati via prima di cominciare.

Errore tipico. Tradurre il pre-mRNA tal quale: verrebbe Met-Ala-Val-Ser-Leu-Ser-Leu-Gln-Pro-Phe-Val-Ser-Ile-Ser e poi stop, 14 amminoacidi invece di 5. Non è "una proteina un po' più lunga": è un'altra proteina.

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Gli errori che fanno perdere punti, e le parole che cambiano da un libro all'altro

Prima il dato che serve a non colpevolizzarsi, in una riga: lo studio di Wright, Fisk e Newman sui 128 studenti, con il 44% e il meno del 10%, sta nella sezione 1 e non si ripete qui.

Vale la pena aggiungerne uno che lì non c'era, perché dice una cosa scomoda. Nell'inventario diagnostico di Shi e colleghi (CBE—Life Sciences Education, 2010), a chi sbagliava una domanda sulla trascrizione di un gene umano inserito in un batterio la risposta errata preferita era che ne uscisse «un enzima ibrido, in parte umano e in parte batterico»: cioè promotore e gene tradotti insieme nella stessa proteina. Quella risposta era scelta dal 42% di chi sbagliava prima del corso e dal 53% dopo. Il corso non l'aveva scalzata: l'aveva concentrata. È esattamente il tipo di idea che il promotore della sezione 4 serve a smontare — il promotore è un punto di attacco sul DNA, non un pezzo di messaggio da tradurre.

Gli otto errori da cacciare, in ordine

L'ordine non è casuale: si comincia da quello che costa più punti e su cui si perde più gente, e si scende. Se hai tempo per controllarne tre soli, controlla i primi tre.

1) Complementare il filamento codificante invece di copiarlo. È il primo della lista perché è il punto in cui si perde più gente di tutta la biologia scolastica (sezione 4). Lo stampo si complementa, il codificante si ricopia cambiando solo T in U. Il campanello è immediato: se l'mRNA non comincia con AUG, hai sbagliato filamento.
2) Lasciare una T dentro l'RNA. Un RNA con una T non è un RNA. L'errore si auto-maschera: poi cerchi ATG nella tabella dei codoni, non lo trovi, e "aggiusti" a occhio scegliendo la riga sbagliata.
3) Tradurre dal primo nucleotide invece che dall'AUG. Sfasare la cornice anche di una sola posizione non dà "una proteina un po' diversa": dà un'altra proteina, spesso più corta. Prova sulla sequenza vera di HBB, 5'-AUGGUGCAUCUGACU...-3', e falla tornare con la matita:

mRNA           5'- A U G G U G C A U C U G A C U ... -3'

cornice 0         AUG GUG CAU CUG ACU      Met Val His Leu Thr
cornice +1          UGG UGC AUC UGA        Trp Cys Ile STOP
cornice +2            GGU GCA UCU GAC      Gly Ala Ser Asp

Nessun amminoacido in comune fra le tre righe, e nella cornice +1 c'è già uno stop al quarto codone: la proteina si fermerebbe a tre residui. Da qui la regola: la cornice la fissa l'AUG, non il margine del foglio.

4) Scrivere l'anticodone di AUG come UAC invece di CAU. Regola sicura: complementa, poi inverti. "UAC" è giusto solo se dichiari che lo stai scrivendo 3'→5'.
5) Dimenticare i versi. Lo stampo si legge 3'→5', l'RNA cresce 5'→3'. Senza le estremità scritte, la corrispondenza non è nemmeno decidibile.
6) Contare il codone di stop come amminoacido. Amminoacidi uguale codoni meno lo stop. In condizioni normali nessun tRNA legge UAA, UAG o UGA: li riconoscono fattori proteici di rilascio. Le eccezioni — selenocisteina e pirrolisina — stanno nella sezione 7 e non si citano in verifica se non richieste.
7) Credere che uno stop prematuro fermi anche replicazione e trascrizione. È l'errore misurato da Prevost, Smith e Knight (2016): il 31% sbaglia sulla replicazione e il 38% sulla trascrizione. Né la DNA polimerasi né la RNA polimerasi leggono codoni: non sanno nemmeno dove cadono le triplette. Il perché sta nella sezione 8.
8) Usare la tabella dei codoni durante la trascrizione. Serve solo nella traduzione, e prende in ingresso codoni dell'mRNA: non triplette di DNA, non anticodoni.

I sei controlli prima di consegnare

La riga delle equivalenze

Qui il problema è di vocabolario prima che di biologia: sei etichette per due filamenti, e nessun libro le mette una accanto all'altra.


Sì: il filamento codificante è quello che non si copia. È il nome più fuorviante di tutto il capitolo, e non lo puoi cambiare.

Le altre coppie che mandano in confusione:

• codone e tripletta dell'mRNA sono la stessa cosa;
• RNA di trasporto, RNA di trasferimento, RNA transfer e tRNA sono lo stesso RNA;
• vacillamento e wobble idem;
• maturazione, processing e splicing non sono sinonimi: lo splicing è uno dei tre passaggi della maturazione, insieme al cappuccio e alla coda di poli-A;
• codone di stop, di arresto e di terminazione sono la stessa cosa — ma il terminatore della trascrizione è un'altra cosa ancora, sta sul DNA e ferma la RNA polimerasi, non il ribosoma;
• promotore e codone di inizio non sono la stessa cosa: il promotore sta sul DNA e posiziona la RNA polimerasi, l'AUG sta sull'mRNA e posiziona il ribosoma.

Disciplina lessicale, che vale mezzo voto all'orale

Non si dice "il DNA diventa RNA" né "il DNA si trasforma in RNA": si dice che l'RNA viene sintetizzato su uno stampo di DNA, che resta intatto. Un epatocita produce albumina per anni dallo stesso gene: se la trascrizione consumasse il DNA, dopo il primo mRNA il gene non ci sarebbe più.

Non si dice "il tRNA legge il DNA": il tRNA non porta informazione, porta un amminoacido. Non si dice "la traduzione avviene nel nucleo": avviene nel citoplasma, e la prova è un reticolocita, che il nucleo l'ha già espulso e continua a fabbricare emoglobina.

E la regola grafica, la stessa della guida sul DNA: ogni sequenza scritta con le sue estremità 5' e 3', sempre, anche negli appunti. Mai AUGGCU; sempre 5'-AUGGCU-3'. Una sequenza senza orientamento è la scuola dell'errore, ed è lì che il mezzo voto se ne va.

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Domande frequenti

Sintesi proteica e traduzione sono la stessa cosa? E a cosa serve saperlo?
No, la traduzione è solo la seconda metà: la sintesi proteica è trascrizione più traduzione, e negli eucarioti in mezzo c'è la maturazione dell'mRNA. Attenzione alla parola trascrizione, perché in italiano trascrivere vuol dire ricopiare identico e da lì nascono due errori. Primo, che il DNA si trasformi in RNA e sparisca: resta intatto, e un epatocita produce albumina per anni dalle sue due sole copie del gene. Secondo, che la copia sia fedele: cambia lo zucchero, la T diventa U e si copia un filamento solo dei due. E serve perché il gene contiene le istruzioni per una proteina, e la proteina fa il carattere: è il pezzo che manca nella frase vietata «il gene per gli occhi azzurri».

Dove avviene la sintesi proteica, nel nucleo o nel citoplasma?
In tutti e due, ed è per questo che la domanda sembra avere due risposte in contrasto. Negli eucarioti la trascrizione avviene nel nucleo, dove sta il DNA; l'mRNA maturo esce, e la traduzione avviene nel citoplasma, sui ribosomi, liberi oppure attaccati al reticolo endoplasmatico ruvido. La prova che tradurre non è un lavoro del nucleo ce l'hai nel sangue: il reticolocita, il globulo rosso immaturo, il nucleo l'ha già espulso e continua per uno o due giorni a produrre emoglobina con gli mRNA che si è portato dietro. Nei batteri il nucleo non c'è: i due processi stanno nello stesso spazio e sono accoppiati, i ribosomi traducono l'mRNA mentre la RNA polimerasi lo sta ancora scrivendo.

Quale dei due filamenti di DNA viene trascritto?
Quello che si chiama stampo. Il filamento codificante è quello che non viene copiato, e il nome è tutta la trappola: la mappa dei sinonimi è stampo = antisenso = non codificante. L'mRNA risulta complementare allo stampo e identico al codificante, con U al posto di T. Sull'inizio vero del gene HBB il codificante è 5'-ATG GTG CAT CTG ACT-3' e l'mRNA è 5'-AUG GUG CAU CUG ACU-3', cioè Met-Val-His-Leu-Thr. Chi complementa il codificante per abitudine ottiene 5'-UAC CAC GUA GAC UGA-3': tirosina in testa e uno stop già al quinto codone. Se il tuo mRNA non comincia con AUG, hai preso il filamento sbagliato. E il terzo codone è CAU: se lo trovi scritto CAC l'amminoacido resta istidina, ma la sequenza vera è con CAU.

Perché nell'RNA c'è la U al posto della T?
Perché l'uracile prende il posto della timina, non dell'adenina: quella è la frase sbagliata che gira di più. La U si appaia con la A esattamente come faceva la T, e i legami restano quelli della guida sul DNA, dove li hai già visti: cambia solo la lettera. Il motivo vero riguarda la riparazione. Uracile e timina sono la stessa base a meno di un gruppo metile e l'uracile costa meno, ma la citosina si deamina spontaneamente in uracile: usando la timina, ogni U trovata nel DNA è per definizione un errore da togliere. Le differenze di struttura sono tre — ribosio con l'ossidrile sul carbonio 2', U invece di T, filamento singolo — e la quarta, archivio contro copia di lavoro, è di mestiere.

Che differenza c'è fra mRNA, tRNA e rRNA, e chi porta l'informazione?
La porta l'mRNA, il messaggero: è la copia del gene ed è l'unico dei tre a contenere i codoni. Il tRNA trasporta amminoacidi, non informazione: è l'adattatore che con il suo anticodone riconosce il codone giusto. L'rRNA forma il ribosoma e catalizza il legame peptidico, cioè il legame che tiene attaccati due amminoacidi consecutivi. Il nome «trasporto» inganna, ma il conto chiude la questione: i tRNA sono gli stessi in ogni tua cellula. Se l'informazione stesse lì, un neurone e un eritroblasto — la cellula del midollo che diventerà un globulo rosso — farebbero la stessa proteina. Quello che cambia da cellula a cellula è quale mRNA è presente.

Perché il codice genetico è fatto di triplette, e cosa vuol dire che è degenerato?
Conta le combinazioni: con una base sola ne hai 4, con due 4² = 16, e 16 non bastano per 20 amminoacidi; con tre 4³ = 64, che bastano e avanzano. Il passo che quasi tutti saltano è la sottrazione: 64 meno i 3 codoni di stop fa 61 codoni per 20 amminoacidi, cioè in media tre a testa. Degenerato vuol dire questo, e non è un'eccezione ma il caso generale: leucina, serina e arginina hanno sei codoni ciascuna, e solo metionina (AUG) e triptofano (UGG) ne hanno uno. Non ambiguo non lo contraddice: molti codoni possono dare lo stesso amminoacido, ma un codone dà sempre e solo il suo.

L'anticodone di AUG è UAC o CAU?
È CAU se lo scrivi da 5' a 3', come si scrivono tutte le sequenze. UAC è il complementare messo nello stesso verso del codone, e non va bene perché codone e anticodone si appaiano in modo antiparallelo: scritto 3'-UAC-5' è corretto, scritto senza le estremità non è nemmeno decidibile. La regola sicura è complementa, poi inverti. Prova al contrario, che è il verso in cui l'errore salta fuori: dato l'anticodone 5'-AAG-3' il codone è 5'-CUU-3', leucina, mentre chi ignora il verso risponde UUC, cioè fenilalanina. E ricorda che l'anticodone porta l'amminoacido giusto solo perché prima l'amminoacil-tRNA sintetasi ha caricato il tRNA giusto.

Che cosa sono introni ed esoni, e perché la cellula butta via dei pezzi?
Nel trascritto grezzo gli introni vengono tagliati via e gli esoni saldati fra loro: è lo splicing, e c'è solo negli eucarioti. La mnemonica «gli esoni escono» è diffusissima ed è rovesciata: escono gli introni, gli esoni sono quelli espressi. Le proporzioni non sono quelle dei disegni: il gene della distrofina, DMD, è lungo 2.400.000 paia di basi con 79 esoni, e l'mRNA maturo ne conta 14.000, cioè lo 0,58%. Attenzione però, esone non vuol dire codificante: le regioni non tradotte, 5'UTR e 3'UTR, stanno dentro gli esoni. E gli introni non sono spazzatura, perché nella beta-talassemia IVS-I-110 una sola sostituzione dentro il primo introne di HBB fa crollare di circa il 90% la beta-globina funzionante.

Se cambia una lettera del DNA cambia sempre la proteina?
No, e gli esiti possibili sono quattro. Silente: nell'mRNA della beta-globina il codone 7 GAG diventa GAA, acido glutammico in tutti e due i casi, proteina identica. Missenso: lo stesso codone diventa GUG, valina al posto dell'acido glutammico, ed è l'anemia falciforme, un amminoacido su 146. Non senso: compare uno stop, come nella beta-talassemia sarda, dove il codone che il nome storico chiama «39» — numerato sulla proteina matura, mentre sulla sequenza codificante è il quarantesimo — passa da CAG a UAG, e succede sul 95,7% dei cromosomi beta-talassemici. Frameshift: togliendo o aggiungendo 1 o 2 nucleotidi la cornice scivola e da lì in poi cambia tutto, mentre 3 la lasciano allineata. E uno stop precoce non ferma la trascrizione: l'mRNA esce intero, a fermarsi è il ribosoma.

Il libro dice che l'anemia falciforme cambia il sesto amminoacido, ma contando i codoni dall'ATG mi viene il settimo. Chi sbaglia?
Nessuno dei due, e la differenza sta in che cosa stai contando. I codoni si contano sulla sequenza codificante a partire dall'ATG, che è il codone 1: la sostituzione GAG→GUG, acido glutammico → valina, cade sul codone 7. Gli amminoacidi della proteina matura si contano invece dopo la rimozione della metionina iniziale, che nella beta-globina avviene regolarmente: lo stesso punto diventa l'amminoacido 6. Per questo in clinica la mutazione si chiama Glu6Val, mentre sul trascritto di riferimento NM_000518.5 si scrive c.20A>T, cioè p.Glu7Val. Stesso punto, due contabilità legittime. In verifica scrivi sempre quale delle due stai usando.