Il dogma centrale della biologia molecolare (▶figura 2) solleva due interrogativi:

1. In che modo l’informazione passa dal nucleo al citoplasma? Come ricorderai, infatti, il DNA della cellula eucariotica è quasi interamente confinato nel nucleo, mentre le proteine sono sintetizzate nel citoplasma.
2. In che rapporto stanno una determinata sequenza nucleotidica del DNA e una determinata sequenza amminoacidica di una proteina?

Per rispondere a queste domande Crick propose due ipotesi.

La trascrizione e l’ipotesi del messaggero.

Per spiegare in che modo l’informazione passa dal nucleo al citoplasma, il gruppo di Crick propose che da un filamento di DNA di un particolare gene si formasse per copia complementare una molecola di RNA. L’RNA messaggero o mRNA si sposta poi dal nucleo al citoplasma dove, a livello dei ribosomi, serve da stampo per la sintesi delle proteine. Il processo con cui si forma questo RNA si chiama trascrizione (▶figura 3).

L’ipotesi di Crick è stata messa più volte alla prova con geni che codificano proteine e il risultato è sempre stato lo stesso: ogni sequenza di DNA di un gene che codifica una proteina si esprime come sequenza di mRNA.

La traduzione e l’ipotesi dell’adattatore.

Per spiegare in che modo una sequenza di DNA si trasforma nella sequenza di amminoacidi specifica di un polipeptide, Crick suggerì l’ipotesi dell’adattatore: deve esistere una molecola adattatrice capace di legarsi in modo specifico a un amminoacido e di riconoscere una sequenza di nucleotidi. La immaginò provvista di due regioni, una che svolge la funzione di legame e l’altra che svolge la funzione di riconoscimento. Ben presto tali molecole adattatrici sono state trovate; si tratta di un RNA noto come RNA transfer, o tRNA.

Dato che riconosce il messaggio genetico dell’mRNA e allo stesso tempo trasporta specifici amminoacidi, il tRNA è in grado di tradurre il linguaggio del DNA in linguaggio delle proteine. Gli adattatori di tRNA, che portano gli amminoacidi, si allineano lungo la sequenza dell’mRNA in modo tale che gli amminoacidi si vengono a trovare nella sequenza giusta per la crescita di una catena polipeptidica: un processo chiamato traduzione (vedi ▶figura 3).

Anche in questo caso, l’osservazione della reale espressione di migliaia di geni ha confermato l’ipotesi che il tRNA agisca da intermediario fra l’informazione di una sequenza nucleotidica dell’mRNA e la sequenza amminoacidica di una proteina.

Un intermediario fondamentale fra il tratto di una molecola di DNA corrispondente a un gene e il polipeptide che a esso corrisponde è quindi l’RNA (acido ribonucleico), un polinucleotide simile al DNA, ma diverso per tre aspetti:

1. generalmente l’RNA è formato da un unico filamento;
2. la molecola di zucchero che si trova nell’RNA è il ribosio, anziché il desossiribosio presente nel DNA;
3. tre basi azotate (adenina, guanina e citosina) dell’RNA sono le stesse che nel DNA, ma la quarta base dell’RNA è l’uracile (U), con una struttura simile alla timina, che sostituisce.

Le basi dell’RNA si possono appaiare a quelle di un filamento singolo di DNA. Questo appaiamento obbedisce alle stesse regole di complementarietà delle basi che valgono per il DNA, salvo che l’adenina si appaia con l’uracile anziché con la timina. Inoltre, come vedremo fra poco, l’RNA, pur essendo a filamento singolo, può ripiegarsi su se stesso e assumere forme complesse in seguito a un appaiamento di basi intramolecolare.

Esistono tre distinte classi principali di RNA con funzioni diverse:

1. RNA messaggero (o mRNA): è «l’intermediario» che porta una copia delle informazioni di un tratto di DNA ai ribosomi. La sua caratteristica più importante è la sequenza lineare.
2. RNA transfer (o tRNA): è «l’adattatore» che porta gli amminoacidi ai ribosomi e li colloca nella posizione corretta; il suo compito richiede una precisa e complessa struttura tridimensionale.
3. RNA ribosomiale (o rRNA): entra a far parte dei ribosomi e permettere di realizzare la sintesi proteica. Ha quindi un ruolo strutturale e funzionale.