DNA, RNA, duplicazione, traduzione e trascrizione

Il DNA, acido desossiribonucleico, è un polimero di nucleotidi, i quali si differenziano per le basi azotate che presentano:

• Purine =

• Pirimidine =

L’adenina si lega con la timina, mentre la guanina si lega con la citosina, entrambe le coppie di legami sono formate da legami idrogeno. Inoltre, in tutte le specie la quantità totale di purine è uguale a quella delle pirimidine.

Caratteristiche e funzioni del DNA

Caratteristiche DNA:

• Il DNA è diverso tra le specie.

• E’ in grado di custodire le informazioni genetiche della specie.

• E’ in grado di duplicarsi con grande precisone con grande precisione, mediante la divisione cellulare.

• E’ soggetto a rari cambiamenti, detti mutazioni.

Struttura:

• Ha forma elicoidale.

• Composto da due catene, complementari ed antiparallele.

• I legami tra i nucleotidi di ciascuna catena sono covalenti e si formano tra il gruppo fosfato di un nucleotide ed il carbonio in posizione 3’ (3 primo).

• I legami tra i due filamenti sono ad idrogeno.

• L’elica ha diametro costante ed andamento destrogiro.

• Simile ad una scala a pioli, dove i montanti sono rappresentati da i gruppi fosfati e dagli zuccheri alternati, mentre gli scalini sono formati da una coppia di basi azotate, nelle quali sono contenute le informazioni genetiche.

Duplicazione del DNA

La duplicazione del DNA è di tipo semi conservativo, in quanto ogni filamento parentale funge da stampo per un nuovo filamento, cosicché le due molecole di DNA formate contengano un filamento vecchio ed uno nuovo. Per far sì che il processo di duplicazione avvenga è necessario che siano presenti:

• Desossinucleotidi per costruire la nuova molecola.

• DNA preesistente che fungerà da stampo.

• Complesso di duplicazione.

• Primer (o innesco).

• Proteine.

Processo di duplicazione

Il filamento stampo deve interagire con il complesso di duplicazione, il quale si lega al DNA nell’origine della duplicazione. A questo punto l’enzima elicasi despiralizza i due filamenti di DNA, successivamente un altro enzima si attacca ai filamenti separati in modo da non farli attaccare, inoltre la topoisomerasi elimina la tensione nelle forcelle di duplicazione. Dopodiché la DNA polimerasi si lega al primer (filamento di RNA complementare al filamento stampo del DNA, sintetizzato dalla RNA polimerasi primasi; ed alla fine del processo si stacca e viene sostituito da DNA) ed inizia così ad aggiungere nucleotidi all’ estremità 3’ del nuovo filamento. Si hanno quindi due filamenti uno veloce, che procede in modo continuo, ed uno lento, che procede in modo discontinuo; il primo è un filamento unico, mentre il secondo opera in segmenti isolati, detti “frammenti di Okazaki”. Il filamento veloce punta in direzione della forcella, mentre quello lento punta nella direzione opposta. Ogni frammento di Okazaki ha bisogno del proprio primer e quando un frammento raggiunge il primer del frammento precedente il vecchio primer viene sostituito da un frammento di DNA. Infine la DNA ligasi unisce tutti i tratti di DNA per rendere il filamento uniforme.

• Elicasi despiralizza i due filamenti di DNA.

• Topoisomerasi elimina la tensione nelle forcelle.

• Primer si lega al filamento stampo.

• DNA primasi si lega al primer ed attacca nuovi nucleotidi.

• Filamento veloce, continuo verso la forcella.

• Filamento lento, discontinuo ed uso dei frammenti di Okazaki.

• DNA ligasi unisce tutti i tratti di DNA per formare un filamento uniforme.

Meccanismi di riparazione del DNA

La DNA polimerasi compie numerosi errori ed il DNA delle cellule è soggetto a danni provocati dall’esterno, per questo ci sono tre meccanismi di riparazione:

1. Correzione di bozze = ogni volta che introduce un nuovo nucleotide, la DNA polimerasi, controlla se il nucleotide sia appropriato ed in caso contrario lo sostituisce.

2. Riparazione delle anomalie d’appaiamento = dopo che il DNA è stato duplicato, delle proteine lo esaminano ed in caso di un appaiamento di coppie errato, lo corregge.

3. Riparazione per escissione = le molecole di DNA si possono danneggiare nel corso della vita, per questo viene ispezionato continuamente da determinati enzimi, che se trovano errori tagliano il filamento difettoso, dopodiché la DNA polimerasi e la ligasi sintetizzano e attaccano una sequenza di basi al posto di quella estirpata.

Differenze tra DNA e RNA

Polinucleotide simile al DNA, ma che si differenzia da esso per tre motivi:

• Lo zucchero è il ribosio.

• Il filamento è unico e più lungo.

• Non è presente la timina, ma l’uracile, tra le basi azotate.
Esistono tre tipi di RNA:

1. RNA messaggero = mRNA, porta una copia delle informazioni di un tratto di DNA ai ribosomi.

2. RNA transfert = tRNA, porta gli amminoacidi ai ribosomi e li colloca nella posizione corretta.

3. RNA ribosomiale = rRNA, dà la forma ai ribosomi e permette di realizzare la sintesi proteica.

Trascrizione del DNA in mRNA

La trascrizione del DNA in mRNA avviene nel nucleo, inizia con l’associazione sul cromosoma dei fattori di trascrizione e con il successivo legame tra queste proteine e l’RNA polimerasi, che non è in grado di legarsi direttamente al filamento. Tuttavia perché questo avvenga il filamento di DNA viene aperto ed i filamenti vengono separati. Il filamento scelto dal promotore per fungere da stampo è solo uno e l’RNA ci si lega e legge il filamento in direzione 3’ – 5’, aggiungendo i nucleotidi in direzione 5’ – 3’, infatti il filamento di RNA trascritto è antiparallelo al filamento stampo di DNA. Quando l’RNA polimerasi incontra i terminatori, si stacca dal filamento di DNA e l’RNA viene sottoposto ad alcune modifiche (fenomeno di splaicing) per diventare “maturo” e per poter uscire dal nucleo.