ogni essere vivente è dotato di un programma genetico: un insieme di istruzioni che specificano le...
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Ogni essere vivente è dotato di
un programma genetico: un insieme di
istruzioni che specificano le sue
caratteristiche strutturali e funzionali.
Le unità di base di questo programma
sono i geni.
I geni sono ereditabili, vengono trasmessi di
generazione in generazione attraverso i processi
riproduttivi.
I geni sono formati da lunghi filamenti di DNA,
(acido deossiribonucleico) e sono organizzati in
strutture dette cromosomi
Un nucleotide è una molecola formata da:
1. uno zucchero a 5 atomi di carbonio (deossiribosio)
2. una base azotata
(adenina, timina,
guanina, citosina)
3. un gruppo fosfato
Struttura del DNAStruttura del DNAIl DNA è un polimero lineare di nucleotidi
1. Purine (adenina, guanina)
2. Pirimidine (citosina, timina)
Le 4 basi azotate presenti nel DNA sono divise in 2 gruppi
Struttura tridimensionale del Dna
è quella di una doppia elica
formata da 2 filamenti di acido
nucleico
tenuti insieme da legami idrogeno
Infatti l’appaiamento di 2 purine darebbe alla doppia elica
lo “spessore” di 4 anelli, mentre l’appaiamento di 2
pirimidine
darebbe lo spessore di 2 anelli.
Invece devono sempre essere appaiate una pirimidina e
una purina (spessore di 3 anelli).
La distanza tra i 2 filamenti della doppia elica è costante.
Perciò le basi che si fronteggiano su i due filamenti di DNA
non possono essere entrambe purine (due anelli) o entrambe
pirimidine (1 anello)
L’adenina (A) si appaia con la timina (T)
mediante 2 legami idrogeno
Le basi di filamenti diversi che si trovano una di fronte all’altra nella doppia elica sono dette complementari.
La guanina (G) si appaia
con la citosina (C)
mediante 3 legami
idrogeno
La struttura del DNA può essere
paragonata a quella di una scala a
chiocciola in cui le ringhiere sono
formate da gli zuccheri fosfati ed i pioli
dalle basi che si appaiano.
La distanza tra le coppie di basi è di 3,4
Å
In ogni giro completo di elica sono
contenute 10 paia di basi.
I filamenti di DNA sono lunghi
e possono contenere migliaia di
nucleotidi
combinati in un numero enorme di
sequenze.
Ogni filamento di DNA ha 2 estremità, quella 3’ (tre primo) e quella 5’ (cinque primo). Perciò ogni filamento ha una sua polarità.
I due filamenti sono disposti in modo tale che l’estremità 3’ di uno fronteggia quella 5’ dell’altro, in una disposizione antiparallela (testa-coda).
A causa della complementarietà delle basi la sequenza nucleotidica di un filamento determina in modo complementare la sequenza nucleotidica sul filamento opposto.
Il DNA, prima di essere trasmesso da una cellula alle cellule figlie, deve essere duplicato.
La duplicazione del DNA
Il processo di duplicazione del DNA è detto replicazione e si verifica prima che la cellula si divida.
La duplicazione del DNA richiede energia e coinvolge numerosi enzimi.
La doppia elica di DNA viene srotolata dall’ enzima elicasi ed aperta nel punto detto forcina di replicazione. I 2 filamenti vengono così separati come nell’apertura di una chiusura lampo.
Un enzima, la DNA polimerasi sintetizza un nuovo filamento usando come stampo il filamento originario (parentale o vecchio).
Il filamento di nuova sintesi è complementare al suo stampo ed è quindi l’esatta copia del filamento allontanato durante l’apertura della doppia elica.
La Replicazione
La DNA Polimerasi
Aggiunge nuovi nucleotidi al filamento in crescita (funzione polimerasica) e rimuove quelli che dovessero essere inseriti erroneamente (funzione esonucleasica).
Quando entrambi i filamenti parentali sono stati copiati le due molecole di DNA figlie possiedono ciascuna un filamento parentale (vecchio) ed un filamento di nuova sintesi. Si dice infatti che la replicazione del DNA è semi-conservativa.
La sintesi del nuovo filamento procede sempre in direzione 5’3’.
La velocità di duplicazione varia: 50 nucleotidi/sec (mammiferi)500 nucleotidi/sec (procarioti)
La duplicazione del DNA è estremamente precisa, per l’azione di riparazione della DNA polimerasi e di altri enzimi (nucleasi di riparazione) che possono togliere i nucleotidi sbagliati e sostituirli con quelli giusti.
I fatti:
Il processo di replicazione Il processo di replicazione
avviene con avviene con modalità diversemodalità diverse
tra tra eucariotieucarioti e e procariotiprocarioti
i cromosomi sono lineari e molto lunghi
i cromosomi possiedono numerose origini di replicazione
la duplicazione avviene nel nucleo
Procariotiil cromosoma è circolare
la replicazione comincia in un solo punto sul DNA circolare
la duplicazione avviene nel citoplasma
Eucarioti
Nei geni è contenuta l’informazione genetica
(sequenza nucleotidica) necessaria a
sintetizzare 3 classi di molecole di un altro
acido nucleico (RNA).
Il processo di sintesi dell’RNA si dice
trascrizione.
Una di queste tre classi di molecole di RNA
(rRNA, tRNA, mRNA) viene usata come stampo
per sintetizzare nuove proteine (traduzione).
Rapporto tra Geni e ProteineRapporto tra Geni e Proteine
L’RNA contiene lo zucchero ribosio invece del deossiribosio (DNA)
L’RNA contiene la base Uracile al posto della Timina (DNA)
L’RNA ha struttura a singolo filamento ripiegato in steli ed anse (stem and loop)
L’RNA è meno stabile del DNA
Differenze RNA-DNADifferenze RNA-DNA
Le tre classi di RNA
r-RNA: corti filamenti di acido ribonucleico che si inseriscono con funzione strutturale nei ribosomi
m-RNA: la sua sequenza verrà tradotta in catene polipeptidiche
RNA messaggero (m-RNA)RNA ribosomiale (r-RNA)RNA transfer (t-RNA)
t-RNA: collaborano alla traduzione dell’m-RNA durante la sintesi proteica
I t-RNA collaborano alla traduzione del
m-RNA portando ad una estremità un
aminoacido per costruire la catena
polipeptidica e all’altra estremità (*) una
tripletta complementare a quella del
filamento di m-RNA sul cui stampo si sta
sintetizzando la proteina.
t-RNAIl filamento di t-RNA si ripiega
assumendo una forma a stelo ed ansa
simile ad un trifoglio che si ripiega nello
spazio a forma di L.
*
Ogni cellula duplica il DNA una sola volta
ma lo trascrive, cioè lo copia in RNA,
molte volte.
La Trascrizione
Dopo la sintesi, Dopo la sintesi, t-RNA e m-RNAt-RNA e m-RNA passano nel passano nel citoplasmacitoplasma..
Dopo la sintesi, gli Dopo la sintesi, gli r-RNAr-RNA vengono assemblati nei vengono assemblati nei ribosomiribosomi all’interno del all’interno del nucleonucleo..
La trascrizione del DNA in RNA avviene nel nucleo.La trascrizione del DNA in RNA avviene nel nucleo.
La Trascrizione negli Eucarioti
Il flusso dell’informazione va dal Il flusso dell’informazione va dal DNA > RNA > proteineDNA > RNA > proteine e mai in e mai in direzione opposta.direzione opposta.
La sequenza unidirezionale degli La sequenza unidirezionale degli eventi di eventi di duplicazione > duplicazione > trascrizione > traduzionetrascrizione > traduzione è un è un principio centrale principio centrale della biologia molecolare.della biologia molecolare.
IL FLUSSO DELL’INFORMAZIONE GENICA IL FLUSSO DELL’INFORMAZIONE GENICA È UNIDIREZIONALEÈ UNIDIREZIONALE
DNADNA
RNARNA
polipeptidepolipeptide
2. L’enzima RNA polimerasi si lega ad una specifica sequenza di DNA (promotore) per iniziare la trascrizione e aggiunge nuovi nucleotidi al filamento in crescita.
La trascrizione è: il processo con cui l’informazione contenuta in un tratto di DNAviene trasferita (trascritta)in una molecola di RNA
1. Inizia con la separazione dei 2 filamenti di DNA nel punto in cui inizia la sequenza che deve essere trascritta.
4. Il filamento di nuova sintesi (RNA) è complementare al suo stampo ed è quindi la esatta copia del filamento di DNA opposto a quello che serve da stampo
Fasi della trascrizione:
3. La trascrizione termina quando la RNA polimerasi giunge incorrispondenza di una sequenza di DNA detta segnale di terminazione.
Trascrizione:
differenze
tra Procarioti ed Eucarioti
Procarioti
la trascrizione avviene la trascrizione avviene nel nel citoplasmacitoplasma
l’m-RNA prodotto può l’m-RNA prodotto può essere essere immediatamente immediatamente tradotto tradotto in in proteinaproteina
Eucarioti
la trascrizione ha luogo la trascrizione ha luogo nel nel nucleonucleo
l’RNA viene modificatol’RNA viene modificato (maturato) prima di uscire (maturato) prima di uscire dal nucleodal nucleo
quasi tutti i quasi tutti i geni geni degli degli eucarioti sonoeucarioti sono interrotti interrotti
Le sequenze non tradotte sono dette introni (I) e verranno eliminate in un processo detto splicing.
Le sequenze tradotte sono dette esoni (E) saranno saldati tra loro a formare l’RNA maturo
E1 E2 E3 E4 E5
E1 E2 E3 E4 E5 +
I I II
I
introni eliminati
I
gene degli eucarioti
trascrizione e splicing
mRNA maturo
I
I
Nei Nei geni degli eucariotigeni degli eucarioti la sequenza codificante è interrotta da la sequenza codificante è interrotta da sequenze non codificanti sequenze non codificanti (introni)(introni) che vengono trascritte in RNA che vengono trascritte in RNA ma che verranno ma che verranno poi eliminate poi eliminate (splicing)(splicing) e non tradotte in proteine e non tradotte in proteine
La seguente sequenza di DNA:CHE WXZWYUWX BELLA WSWXUKHW GIORNATA
viene trascritta in una sequenza di mRNA immaturo: CHE WXZWYUWX BELLA WSWXUKHW GIORNATA
che dopo splicing diventa mRNA maturo: CHE BELLA GIORNATA
e viene poi tradotto in proteina (in inglese):WHAT A NICE DAY
Possiamo immaginare il gene eucariotico come una frase in cui alcune parole sono inframmezzate da altre incomprensibili.
Specchietto di comparazione duplicazione trascrizione Confronto tra duplicazione (replicazione)
e trascrizione
Si