il dna fu isolato per la prima volta dal medico tedesco friedrick miescher nel 1869. la sostanza...
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Il DNA fu isolato per la prima volta dal medico tedesco Friedrick Miescher nel 1869.
La sostanza isolata da Miescher era bianca, zuccherina, leggermente acida e conteneva fosforo: venne chiamata acido nucleico.
Tale nome fu in seguito modificato in acido desossiribonucleico (DNA) per distinguere questa sostanza da una simile, l'acido ribonucleico (RNA).
Nel 1944, Oswald Avery, Colin MacLeod, e Maclyn McCarty mostrarono che l’informazione genetica è contenuta nel DNA.
Nel 1952 i biologi americani Alfred Hershey e Martha Chase dimostrarono che il materiale genetico del batteriofago T2 è proprio il DNA .
Essi dimostrarono che le molecole di DNA sono in grado di indurre le cellule a sintetizzare non solo altro DNA fagico, ma anche altre proteine, producendo così fagi completi.
Nel 1928 Griffith effettuò un primo efficace esperimento con batteri della polmonite (pneumococchi) e arrivò alla conclusione che esisteva un "principio trasformante" capace di trasformare i batteri vivi senza capsula in batteri con la capsula e quindi virulenti.
• Nel 1953 lo scienziato americano James Watson ed il fisico francese Francis Crick proposero un modello di struttura per il DNA.
• Watson vide una fotografia del DNA ottenuta dalla ricercatrice Rosalind Franklin.
• Secondo il loro modello la molecola di DNA è un'elica a filamento doppio, dalla forma di una scala a spirale.
• I due «montanti» della scala sono costituiti da subunità ripetute di un gruppo fosfato e dello zucchero desossiribosio a 5 atomi di carbonio. I «pioli» sono costituiti da basi azotate appaiate.
Il gruppo fosfato
Il fosforo stabilisce generalmente 3 legami, anche se a volte, con un legame dativo, può legarsi ad un quarto atomo, di solito l'ossigeno. Nella molecola di acido fosforico il fosforo è legato a 3 gruppi -OH e ad un atomo di ossigeno.
Il DNA contiene circa il 9% di fosforo (P).
Il fosfato si dice primario, secondario o terziario a seconda che siano stati tolti 1, 2 o 3 ioni idrogeno.
Il gruppo fosfato è la componente che dà la caratteristica acidità al DNA
Lo zucchero
Nel 1910, Phoebus A.T. Levene identificò per primo fra i composti dell’acido nucleico il ribosio.
Levene scoprì che non tutte le molecole dell’acido nucleico contengono ribosio, ma uno zucchero simile, che presenta un atomo di ossigeno in meno e perciò è detto desossiribosio.
Si distinguono gli acidi nucleici in due tipi: l’acido ribonucleico (RNA), che contiene esclusivamente ribosio, e l’acido desossiribonucleico (DNA), che contiene esclusivamente desossiribosio.
H
HHH OH
OHOH
CH2OH
H H
H
H
OH H
OH
CH2OH
Le basi azotate
Kossel scoprì che gli acidi nucleici possiedono anche molecole cicliche contenenti anelli in cui è presente l’azoto.
Questi componenti azotati degli acidi nucleici possiedono un anello di tipo purinico, a doppio anello, o pirimidinico,ad anello singolo, e per questo furono chiamati basi puriniche o basi pirimidiniche.
Delle 5 basi A, C e G si trovano sia nell'RNA che nel DNA.
La timina si trova solo nel DNA, mentre nell'RNA è sostituita dall'uracile.
Le 2 purine si chiamano adenina e guanina (A e G), le 3 pirimidine sono la citosina, la timina e l´uracile (C, T e U).
I legami chimici
Levene ipotizzò che in una molecola di acido ogni zucchero è attaccato ad un gruppofosfato da una parte e ad una delle 4 possibili basi azotate dall'altra.
I 3 componenti così uniti formano un nucleotide.
Nei nucleotidi singoli c´è normalmente un fosfato primario, con un solo legame. Il gruppo fosfato fa da ponte tra due nucleotidi: si lega con lo zucchero di un nucleotide e con lo zucchero dell’ altro nucleotide, diventando così un fosfato secondario.
Le due eliche sono separate da una distanza fissa di 2 nanometri.
Le 2 eliche sono unite da
legami idrogeno che si formano tra le 2 basi corrispondenti.
Si forma così una catena polinucleotidica con uno scheletro costituito da gruppi fosfati legati a zuccheri mediante legami covalenti; da tale scheletro si distaccano le varie basi azotate.
Gli scheletri delle due eliche si sviluppano in verso antiparallelo secondo la direzione 5’-3’ nella prima elica e 3’-5’ nella seconda 3’ e 5’ si riferiscono alla “posizione” degli atomi di C nella molecola dello zucchero.
Adenina
Timina (nel DNA)
Uracile (nel RNA)citosina guanina
Due legami tra A-T e tre tra C-G.
La replicazione semiconservativa del DNA è stata dimostrata nel 1958 da Meselson e Stahe nel batterio E.Coli.
Il processo si chiama replicazione semiconservativa perché i due filamenti di una molecola di DNA privati degli istoni, si separano e fungono da stampo per la sintesi di nuovi filamenti complementari.
• Il primo enzima che interviene è un'elicasi, che si lega al DNA e distanzia a forza le due catene rompendo i legami idrogeno tra le basi;
• L'assemblaggio dei singoli nucleotidi del DNA nel filamento, solo nella direzione da 5' a 3', è catalizzato da un gruppo d'enzimi noti come DNA-polimerasi, che legano i nucleotidi del DNA al nuovo filamento in crescita.
• Successivamente agiscono altri enzimi che legandosi fortemente al singolo filamento di DNA lo stabilizzano, impedendogli di riavvolgersi (topoisomerasi).
•La DNA-polimerasi, per iniziare la sintesi, necessita di un innesco di RNA(primer), che è poi rimosso e sostituito da DNA.
Questa azione è svolta dall’ enzima primasi
Durante la duplicazione del DNA avviene l'azione proofreading delle DNA-polimerasi, che fanno invertire la direzione di marcia quando si rende necessario rimuovere quei nucleotidi che non si sono appaiati in modo corretto
La duplicazione procede su ambedue i lati della forcella replicativa che si sta aprendo: un filamento è copiato in modo continuo, mentre l’opposto in modo discontinuo.
•Per unire tra loro i frammenti discontinui di DNA (detti frammenti d'Okazaki), è necessario l'intervento di una nucleasi che degradi l'RNA degli inneschi, una DNA polimerasi che sintetizzi DNA al posto dell'RNA, e una DNA ligasi che unisca il filamento neoformato al frammento d'Okazaki
Il codice si dice perciò degenerato perché un amminoacido è codificato da più di una tripletta;
Il codice è detto universale perché gli amminoacidi sono codificati dalle stesse triplette in tutti gli esseri viventi (ad eccezione dei mitocondri).
Non potendo esserci una corrispondenza biunivoca tra basi azotate e amminoacidi, la codifica avviene a gruppi di 3 basi (triplette o codoni).
Fasi principali nella sintesi proteica a partire dal DNA:
• trascrizione, il trasferimento di informazioni genetiche dal DNA ad una molecola di RNA messaggero;
• traduzione, l'informazione contenuta nel mRNA viene convertita in proteine;
Nella trascrizione uno dei due filamenti di DNA funziona da stampo per l’RNA chiamato RNA messaggero (mRNA) perché trasmette l’informazione genetica dal DNA al dispositivo di traduzione (i ribosomi) che ha luogo nel citoplasma. A differenza del DNA, tuttavia, le molecole di RNA hanno in genere un solo filamento
Nel passaggio attraverso la membrana nucleare l’ mRNA subisce dei processi di maturazione post-trascrizionali:
• vengono tagliate le sequenze introniche(splicing);
• all’estremo 5 viene aggiunta una base modificata detta CAP;
• all’estremo 3 vengono aggiunti 200 nucleotidi (poli-A);
La sintesi proteica, o traduzione, avviene sui ribosomi.
Un ribosoma è formato da due subunità, una grossa e una piccola, ognuna costituita da specifici RNA ribosomiali (rRNA) e proteine. Nella sintesi proteica è necessario anche un altro tipo di molecole di RNA, cioè l'RNA di trasporto (tRNA).
Queste piccole molecole hanno una caratteristica forma a trifoglio, portano su un'estremità un amminoacido e sul «braccio» centrale una tripletta di basi, detta anticodone, facendo così da adattatori tra ciascun codone dell'mRNA e il relativo amminoacido;
Man mano che arrivano i tRNA si forma il legame peptidico tra i vari amminoacidi.Il processo termina quando i ribosomi incontrano una tripletta non-sense.
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