Riassunto esame Biologia e biologia molecolare, Prof. Rimini Carlo Pirro, libro consigliato Biologia molecolare, Alberts

ACIDI NUCLEICI

Caratteri  generali  del  flusso  dell’informazione  

L’insieme   dei   geni   che   un   determinato   organismo   è   potenzialmente   capace   di   esprimere   è  

contenuto  nel  suo  DNA  ed  è  definito  genoma,  il  quale  rappresenta  circa  l’1-­‐2%  delle  sequenze  

dell’intero   DNA.   La   traduzione   di   queste   sequenze   in   proteine   avviene   solo   attraverso   la  

molecola   di   RNA;   l’insieme   di   molecole   di   RNA   attive   e   codificanti   per   proteine   è   detto  

trascrittoma.   Esso   dipende   dalle   condizioni   in   cui   si   trova   la   cellula.   Le   sequenze   di   RNA  

espresse,  tuttavia,  possono  avere  funzioni  regolative  e  influenzare  l’espressione  di  altri  geni.  

L’insieme   delle   proteine   che   un   organismo   è   in   grado   di   sintetizzare   si   definisce   proteoma:  

anche  questo  elemento  è  condizionato  dall’ambiente  che  circonda  l’organismo.    

Il  numero  di  geni  che  una  cellula  può  esprimere  è  molto  maggiore  del  numero  di  aminoacidi  e  

proteine.   Il   genoma   umano   è   composto   di   circa   3x10 paia   di   basi   per   cellula   aploide.   La  

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cellula   può   esprimere   potenzialmente   circa   23000   geni   ma   solitamente   viene   espresso   un  

numero  pari  a  circa  5000.    

Da   una   sequenza   di   RNA   codificata   da   un   unico   gene   attraverso   lo   splicing   alternativo   si  

possono   ottenere   più   copie   di   quella   sequenza   di   RNA.   Ogni   proteina   può   subire   delle  

modificazioni  tali  da  garantire  l’alterazione  delle  sue  caratteristiche  fisiche  e  chimiche  (circa  

10  modifiche  post-­‐traduzionali  diverse  per  ogni  proteina).  Si  ottengono  circa  100000  specie  

proteiche  diverse  attraverso  i  meccanismi  di  modificazione  post-­‐traduzionali.  Si  considera  che  

il   proteoma   umano   sia   composto   di   10 proteine   diverse.   Il   plasma   umano   raccoglie   tutte   le  

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proteine  che  il  corpo  produce  per  cui  è  definito  come  proteoma  dei  proteomi  tissutali.    

Nonostante   il   genoma   umano   sia   molto   maggiore,   in   termini   di   basi,   di   molte   altre   specie,   il  

numero  di  geni  non  è  aumentato  in  maniera  proporzionale;  ciò  significa  durante  l’evoluzione  

si   sono   sviluppati   diversi   tipi   d’interazioni   tra   proteine   e   genoma   che   hanno   garantito   il  

successo   evolutivo   delle   cellule   eucariote.   La   funzione   di   una   proteina   è   il   risultato   del  

contesto   d’interazione   con   le   altre   molecole   presenti   nell’ambiente   della   cellula.   Gli   organismi  

più  evoluti  hanno  una  rete  d’interazioni  tra  proteine  più  complesse.    

Struttura degli acidi nucleici

Gli  acidi  nucleici  sono  degli  eteropolimeri  formati  da  tre  componenti.    

  Basi  azotate,  purine  o  pirimidine  

 Uno  zucchero,  il  ribosio  e  il  deossiribosio  

 Una  molecola  di  acido  fosforico  



Per  idrolisi  del  gruppo  fosfato,  da  un  nucleotide  formato  dai  tre  elementi  sopra  citati  si  ottiene  

un   nucleoside   che   è   quindi   composto   di   una   base   azotata   e   dal   deossiribosio   (nel   DNA)   o  

ribosio   (nel   RNA).   Le   basi   si   possono   dividere,   oltre   che   in   pirimidine   e   purine   anche   in  

ossoniche   o   chetoniche   (guanina,   timina   e   uracile)   e   amminiche   (adenina   e   citosina):   questi  

gruppi  carbonilici  e  amminici  fanno  si  che  si  possano  formare  gli  appaiamenti  tra  basi  tramite  

legami   idrogeno.   Il   pH   può   alterare   la   struttura   degli   acidi   nucleici   protonando   o  

deprotonando  gli  atomi  di  azoto  delle  basi  azotate;  un’altra  possibile  alterazione  chimica  è  la  

metilazione,  che  è  associata  alla  strutturazione  della  cromatina  e  al  silenziamento  dei  geni  (ad  

esempio,  la  metilazione  della  citosina).  Alcune  basi  non  pirimidiniche  né  puriniche  importanti  

per   il   DNA   sono   la   xantina,   l’ipoxantina   e   l’acido   urico,   prodotte   dal   metabolismo   delle   basi  

azotate.   Alcune   basi   insolite   sono   state   trovate   nelle   molecole   di   RNA:   ciò   permette   degli  

appaiamenti  diversi  da  quelli  normalmente  presenti.    

La   Regola   di   Chargaff   definisce   delle   equivalenze   tra   i   rapporti   molari   tra   le   diverse   basi:   la  

frazione  molare  di  adenina  è  uguale  a  quella  di  timina  [A]  =  [T],  quella  di  guanina  è  uguale  a  

quella   di   citosina   =   La   somma   delle   frazioni   delle   purine   è   uguale   a   quella   delle  

[G]   [C].  

pirimidine,   quindi   quella   di   adenina   e   guanina   è   uguale   a   quella   di   timina   e   citosina   (A+G   =  

C+T,  per  cui  il  rapporto  è  di  1:1).  Nei  mammiferi  la  frazione  molare  di  citosina  e  guanina  ha  un  

range  compreso  tra  il  22%  e  il  73%,  nell’uomo  è  circa  il  41%.    

La   presenza   dello   zucchero   a   cinque   atomi   di   carbonio   (deossiribosio)   consente   di   rendere  

idrosolubile   il   nucleotide;   il   deossiribosio   al   carbonio   2   presenta   un   atomo   di   idrogeno   al  

posto  di  un  gruppo  ossidrile,  che  invece  nel  ribosio  è  presente.  La  presenza  di  tale  gruppo  in  

posizione  2 rende  la  molecola  di  RNA  molto  instabile  e  soggetta  ad  attacco  di  nucleofili;  per  

’  

questo   motivo,   alcuni   virus   a   RNA   presentano   una   metilazione   a   questo   punto   in   modo   da  

diminuire  la  reattività  dell’ossidrile.  Si  nota  inoltre  che  la  base  azotata  può  ruotare  attorno  al  

legame  con  lo  zucchero,  definito  glicosidico.    

Il   gruppo   fosfato   a   condizioni   fisiologiche   è   deprotonato   e   la   carica   negativa   che   reca   è  

responsabile  assieme  agli  zuccheri  dell’elevata  idrosolubilità  degli  acidi  nucleici.    

I   nucleotidi   sono   legati   tra   loro   da   legami   fosfodiesterei   tra   l’atomo   di   carbonio   3’   che   reca   un  

ossidrile  e  l’atomo  di  carbonio  5’  che  porta  il  gruppo  fosfato.  Si  parla  di  orientamento  5’-­‐3’  o  

3’-­‐5’  a  seconda  che  la  sequenza  sia  letta  partendo  dall’estremità  che  porta  il  fosfato  in  5’  e  si  

concluda   con   un   ossidrile   in   3’   o   partendo   dall’estremità   che   porta   l’ossidrile   in   3’   e   che   si  

conclude  con  il  fosfato  in  5’.    

Struttura secondaria del filamento di DNA

La   struttura   secondaria   del   filamento   di   DNA   è   una   doppia   elica   destrorsa   antiparallela  

formata  quindi  da  due  filamenti  che  si  avvolgono  l’uno  sull’altro  e  si  appaiano  con  direzioni  

diverse:  per  convezione,  si  è  stabilito  che  la  sequenza  di  sinistra  ha  andamento  (polarità)  5’-­‐3’,  

quella  di  destra  3’-­‐5’.    

Sono  presenti  due  tipi  di  legami  che  stabilizzano  la  struttura  del  DNA.    

Legami   idrogeno   che   si   formano   per   condivisione   di   un   atomo   d’idrogeno   tra   due  

 atomi   più   elettronegativi,   quindi   l’ossigeno   e   l’azoto   nel   caso   del   DNA;   nonostante   i  

legami   idrogeno   singolarmente   siano   piuttosto   deboli,   la   grande   quantità   assicura   la  

stabilità   della   struttura   del   DNA.