Concetti Chiave
- Il DNA cellulare comprende geni e regioni intergeniche essenziali per le funzioni cellulari, con una maggiore complessità nei genomi eucariotici.
- Le sequenze regolatrici nel DNA determinano l'inizio e la fine dei geni, influenzando la trascrizione e la replicazione, consentendo diverse espressioni geniche.
- I geni eucariotici sono più lunghi e complessi a causa delle sequenze non codificanti, con una catena polipeptidica che corrisponde a sequenze di tre nucleotidi nel DNA.
- Nei procarioti, la maggior parte del DNA è costituita da geni colineari con le sequenze amminoacidiche, mentre negli eucarioti l'organizzazione è molto più complessa.
- Negli eucarioti, i geni tipicamente contengono più introni che esoni, con una grande parte del DNA non codificante, come dimostra il gene della proteina ovoalbumina.
Struttura del DNA cellulare
Il DNA cellulare contiene geni e regioni intergeniche, entrambi necessari per le funzioni vitali della cellula. I genomi più complessi come quelli delle cellule eucariotiche richiedono un maggiore livello di organizzazione, e questo si riflette nelle caratteristiche strutturali dei loro cromosomi.
Un gene è quella porzione di DNA che codifica la sequenza primaria di un prodotto genico finale che può essere un polipeptide, oppure un rna con una specifica funzione strutturale o catalitica.
Quali sono le funzioni regolatrici del DNA?
Il DNA contiene anche altri segmenti o sequenze che hanno funzioni regolatrici. Queste sequenze regolatrici sono segnali che indicano l'inizio o la fine dei geni, che influenzano la trascrizione dei geni, oppure fungono da inizio della replicazione o della ricombinazione. Alcuni geni possono essere espressi in vari modi per generare prodotti genici multipli a partire da un solo segmento di dna.
Codifica e dimensioni dei geni
La dimensione complessiva dei geni che codificano proteine può essere determinata direttamente. Ciascun amminoacido di una catena polipeptidica è codificato da una sequenza di tre nucleotidi consecutivi presenti su una singola catena di dna. Questi "codoni" sono disposti in una sequenza che corrisponde alla sequenza degli amminoacidi nel polipeptide codificato dal gene. Una catena polipeptidica con 350 residui amminoacidici (una catena di dimensioni medie) corrisponde infatti a 1050 coppie di basi (bp) del DNA. Ma i geni degli eucarioti e alcuni geni dei procarioti sono interrotti da sequenze di DNA non codificante e sono quindi considerevolmente più lunghi rispetto a quanto è posSibile prevedere dal semplice calcolo. ra gli eucarioti, i circa 3,1 miliardi di coppie di basi contenute nel genoma umano codificano quasi 25 000 geni suddivisi in 24 cromosomi diversi.
Organizzazione genetica nei procarioti
Molti batteri contengono soltanto un cromosoma per cellula e in quasi tutti i casi ogni cromosoma contiene una sola copia di ciascun gene. Solo pochissimi geni, per esempio quelli che codificano gli rrna, sono ripetuti diverse volte.
Quasi tutto il dna nei procarioti è costituito da geni e sequenze regolatrici. Inoltre, quasi tutti i geni sono colineari con la sequenza amminoacidica (o con la sequenza di rna) che essi codificano. L'organizzazione dei geni nel DNA degli eucarioti è strutturalmente e funzionalmente molto più complessa.
Complessità dei geni eucariotici
Gli studi sui cromosomi eucariotici hanno portato a molte scoperte sorprendenti. Molti, se non la maggior parte, dei geni degli eucarioti banno caratteristiche strutturali peculiari e complesse: le loro sequenze nucleotidiche contengono uno o più segmenti di dna intercalati che non codificano la sequenza amminoacidica della catena polipeptidica. Questi inserti non tradotti interrompono la relazione altrimenti colineare tra la sequenza dei nucleotidi del gene e la sequenza amminoacidica codificata del polipeptide. I segmenti di DNA non tradotto presenti nei geni sono chiamati sequenze intercalate o introni, mentre i segmenti tradotti sono chiamati etani. Solo pochi geni di procarioti contengono introni.
Introni ed esoni nei geni
Negli eucarioti in posizione più elevata nella scala evoutiva, un gene tipico possede molte più sequenze introniche che sequenze esoniche. Per esempio, nel gene che codifica la catena polipeptidica della proteina ovoalbumina presente nell'uovo degli uccelli, gli introni sono molto più lunghi degli esoni; la somma delle sette sequenze introniche copre 1'85% del DNA di questo gene. Il gene della proteina muscolare titina contiene più introni di tutti: ne possiede ben 178. Sembra che i geni degli istoni non abbiano introni. In molti casi la funzione degli introni non è chiara. In totale soltanto circa 1'1,5% del
DNA umano è "codificante" o dna esonico.
Domande da interrogazione
- Qual è la struttura fondamentale del DNA cellulare?
- Quali sono le funzioni regolatrici del DNA?
- Come si determina la dimensione dei geni che codificano proteine?
- Qual è l'organizzazione genetica nei procarioti?
- Qual è la differenza tra introni ed esoni nei geni eucariotici?
Il DNA cellulare è composto da geni e regioni intergeniche, entrambi essenziali per le funzioni vitali della cellula, con una maggiore complessità nei genomi eucariotici rispetto a quelli procarioti.
Il DNA contiene sequenze regolatrici che segnano l'inizio o la fine dei geni, influenzano la trascrizione e avviano processi come la replicazione e la ricombinazione, permettendo anche l'espressione di prodotti genici multipli da un singolo segmento.
La dimensione dei geni è calcolata in base alla sequenza di nucleotidi che codifica gli amminoacidi, con un gene medio di 350 residui corrispondente a 1050 coppie di basi, ma i geni eucariotici sono spesso più lunghi a causa di sequenze non codificanti.
Nei procarioti, la maggior parte del DNA è costituita da geni e sequenze regolatrici, con un solo cromosoma per cellula e una sola copia di ciascun gene, rendendo la loro organizzazione molto più semplice rispetto agli eucarioti.
Negli eucarioti, i geni contengono più introni (sequenze non codificanti) rispetto agli esoni (sequenze codificanti), con esempi come il gene della proteina ovoalbumina, dove gli introni coprono l'85% del DNA del gene.
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