Appunti Biologia

MA COME SI SONO FORMATE LE MOLECOLE DELLA VITA?

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Nel 1953 esperimento condotto da Stanley Miller (biochimico) ipotizzò che i costituenti

delle molecole organiche potrebbero essersi generati sulla terra primordiale; quali: vapore

acqueo, metano, ammoniaca e idrogeno gassoso.

Esperimento: in una bolla mise dell’acqua, generò una fonte di calore facendo evaporare

l’acqua, poi fece entrare attraverso una valvola diversi gas (come metano); per simulare i

fulmini, fece passare una scarica elettrica attraverso la miscela. facendo poi arrivare i

diversi gas ad un'altra bolla in cui attraverso un condensatore venne raffreddato, trovando

così non solo più acqua ma anche amminoacidi.

Dimostrò quindi che gli amminoacidi possono essere generati in laboratorio in condizioni

che simulano quelle della terra primitiva. 10

GLI ACIDI NUCLEICI E LA TRASCRIZIONE

TRASCRIZIONE: processo in cui le informazioni genetiche contenute nel DNA vengono

utilizzate come modello per sintetizzare una molecola di RNA messaggero.

Il secondo passaggio nell’elaborazione delle informazioni genetiche è la TRADUZIONE.

Negli eucarioti il DNA è situato nel nucleo e i ribosomi si trovano nel citoplasma; pertanto,

ci deve essere una molecola che funge da intermediario→ RNA messaggero.

Una regione a doppio elica del DNA si srotola e si apre, un filamento viene utilizzato come

stampo per la sintesi di un trascritto di RNA che ha una sequenza complementare allo

stampo di DNA secondo le regole di appaiamento delle basi. L’enzima che effettua la

polimerizzazione è noto come RNA polimerasi e agisce aggiungendo nucleotidi in

successione all’estremità 3’. All’interno dell’RNA polimerasi i due filamenti di DNA si

separano e il filamento di RNA in allungamento forma un duplex (doppio filamento) con lo

stampo di DNA.

Il processo avviene per fasi:

Prima fase: “inizio”; l’RNA polimerasi e altre proteine si associano al Dna a doppio

- filamento, i filamenti vengono separati e inizia l’effettiva trascrizione del filamento

stampo.

Seconda fase: “allungamento”; i nucleotidi vengono aggiunti uno dopo l’altro

- all’estremità 3’ dell’RNA.

Terza fase: “terminazione”; l’RNA polimerasi incontra una sequenza del filamento

- stampo che provoca l’arresto della trascrizione e il rilascio del trascritto. Il complesso

polimerasi si stacca e si interrompe la produzione dell’RNA messaggero.

Una molecola di DNA di solito contiene molti geni che vengono trascritti individualmente e

in momenti diverso, spesso localizzati su filamenti opposti.

la trascrizione inizia da una sequenza detta promotore e finisce quando viene raggiunto un

terminatore. Il trascritto è sintetizzato in direzione 5’→3’.

Promotore: sequenze di DNA costituite da sequenze di nucleotidi ben specifiche in

particolare hanno una sequenza TATA e per questo i promotori vengono detti anche TATA

box. Quando l’RNA polimerasi incontra il promotore inizierà a produrre l’RNA messaggero.

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Per ogni singolo gene viene trascritto uno solo dei due filamenti di DNA, quale filamento

verrà trascritto dipende dall’orientamento del promotore.

Terminatori o siti di terminazione: sequenze nucleotidiche, quando l’RNA polimerasi li

incontra interrompe la produzione di RNA messaggero il quale sarà complementare al

filamento di DNA stampo.

La reazione di polimerizzazione libera un gruppo difosfato o pirofosfato. Il legame che si

viene a creare tra due nucleotidi (legame fosfodiesterico) si genera perché due gruppi

fosfato vengono rotti e questo genera energia che viene utilizzata dall’RNA polimerasi per

creare il legame covalente.

Nei procarioti, trascrizione e traduzione sono accoppiate. La traduzione inizia ancora prima

che la trascrizione venga completata.

Negli eucarioti l’rna messaggero che viene prodotto è ancora rinchiuso nel nucleo ma la

trascrizione di esso avviene nel citoplasma; quindi, trascrizione e traduzione sono due

momenti separati.

Il nostro DNA ha anche delle zone che non producono proteine, teoricamente abbiamo

delle zone codificanti: esoni e delle zone non codificanti: introne.

l’RNA messaggero non è pronto a produrre delle proteine, deve andare in contro ad un

processo di maturazione; il trascritto primario può subire 3 principali modifiche chimiche

note come processo di maturazione del RNA:

1. AGGIUNTA DI UN CAPPUCCIO O CAP: un altro nucleoside viene aggiunto dopo la

trascrizione in posizione 5’, questo è fondamentale per la fase di traduzione

quando ci sarà il ribosoma che dovrà leggere il codice genetico prima di ogni cosa

dovrà riconoscere il cappuccio.

2. POLIADENILAZIONE: nell’altra estremità del nostro RNA messaggero viene creata

una coda di poliA, tanti nucleotidi con base azotata A

3. SPLICING: meccanismo di “taglia e cuci”, le porzioni di introni vengono tagliati

Perché la presenza di introni?

Hanno delle implicazioni per quanto riguarda l’espressione genica→ splicing alternativo:

fenomeno attraverso il quale trascritti primari dello stesso gene possono subire lo splicing

in vari modi dando origine a mRNA differenti e quindi a prodotti proteici diversi. Attraverso

lo splicing alternativo con un solo trascritto primario avremo più proteine.

Non tutti i trascritti primari diventano mRNA maturi:

alcuni trascritti primari sono processati in maniera differente e producono tipi di RNA NON

CODIFICANTI:

• RNA ribosomiale (rRNA): principale costituente dei ribosomi essenziale nella

traduzione. 12

• RNA transfert (tRNA): trasporta singoli amminoacidi nel processo di traduzione.

• Piccoli RNA nucleari (snRNA): sono importanti componenti dello spliceosoma

necessario per il processamento dell’RNA messaggero

• Piccole molecole di RNA con funzione regolatrice: (es. inibire la traduzione o causare

la degradazione di un trascritto di RNA)

TRADUZIONE: processo attraverso cui le informazioni genetiche contenute nell’RNA

messaggero vengono utilizzate per sintetizzare le proteine.

LA STRUTTURA DELLE PROTEINE

La sequenza amminoacidi determina il ripiegamento di una proteina da cui dipende la sua

funzione.

Il ripiegamento è la funzionalità della proteina.

A seconda della struttura la proteina cambia funzione:

Struttura primaria: semplicemente la sequenza di amminoacidi che si susseguono,

- uno dopo l’altro.

Struttura secondaria: anche detta ad alfa elica o foglietto beta; risultato

- dell’interazione tra amminoacidi vicini; si formano dei legami a idrogeno tra gruppi

carbonilici e gruppi amminici, posto quattro residui più avanti nella sequenza (nella

catena polipeptidica).

Struttura terziaria: è la struttura determina la funzione di una determinata proteina.

- Le strutture terziare dipendono dalle interazioni tra le catene laterali O gruppi R

degli amminoacidi. È data dalla forma tridimensionale del polipeptide.

Tre modi per vedere la struttura terziaria della proteina:

DENATURAZIONE: processo in cui il ripiegamento delle proteine può essere

compromesso mediante l’utilizzo di sostanze chimiche o con l’innalzamento della

temperatura.

Struttura quaternaria: le subunità polipeptidiche possono unirsi per formare

- strutture quaternarie; queste subunità possono essere identiche o diverse. 13

FUNZIONE DELLE PROTEINE:

Le proteine hanno funzioni notevolmente diverse nella cellula che dipendono dalla

struttura tridimensionale:

• Alcune fungono da elementi strutturali (es. tubuli/filamenti); il collagene è

organizzato in una tripla elica e raggruppate in fasci, chiamate fibrille, che a loro

volta sono riuniti in fibre, questo tipo di disposizione conferisce una forza

eccezionale.

• Alcune servono a far comunicare diversi ambienti (es. canali)

• Alcune servono ad accelerare reazioni chimiche (es. enzimi)

SINTESI DELLE PROTEINE

Avviene grazie alla presenza dei ribosomi che si attaccano al RNA messaggero, le proteine

vengono portate nell’apparato di Golgi che smista tutte le proteine e le manda nei distretti.

Trascrizione→ processamento dell’RNA→trasporto→ TRADUZIONE:

Nella traduzione i ribosomi traducono l’mRNA nel citosol, producendo catene

polipeptidiche. Le proteine hanno funzioni cruciali per la cellula.

La traduzione Necessita di numerose molecole presenti in tutte le cellule.

Avviene attraverso il processo ribosomiale ma necessita anche di numerose componenti

cellulari quali: mRNA, fattori di inizio, fattori di allungamento, fattori di rilascio, RNA sintasi,

tRNA, RNA ribosomiale

L’RNA ribosomiale è costituito da 2 subunità:

Subunità maggiore, include tre siti di legami per i tRNA:

- → sito di uscita (E)

→ sito peptidico (P)

→ sito amminoacilico (A)

all’interno di questi siti arriva l’RNA tranfert

- Subunità minore

Il ribosoma è in grado di leggere solo 3 nucleotidi uno dopo l’altro, ovvero un codone.

Un ruolo importante del ribosoma è quello di garantire che quando l’RNA messaggero è

posizionato sul ribosoma la sequenza venga letta in gruppi successivi e non sovrapposti di

tre nucleotidi (codoni).

Ogni codone codifica per un singolo amminoacido.

Più combinazioni di codoni possono produrre lo stesso amminoacido.

Come abbiamo visto per l’RNA messaggero il meccanismo dovrà iniziare e finire da qualche

parte, quindi abbiamo dei codoni di start e stop, in particolare AUG→ codone di inizio;

abbiamo tre codoni di stop→UAA; UAG;UGA.

L’effettiva traduzione di ciascun codone dell’mRNA in un amminoacido avviene grazie

all’RNA transfert e agli enzimi amminoacil-tRNA sintetasi. 14

Due zone fondamentali nel processo di traduzione:

- Sito di legame dell’amminoacido (ACC)

- Anticodone: sequenza di tre nucleotidi che si appaia ad uno specifico codone

corrispondente sull’RNA messaggero.

A questo punto abbiamo l’RNA messaggero maturo, che è uscito dal nucleo e viene

agganciato dal complesso ribosomiale, esso inizia a leggere tutta la sequenza di codoni,

fino ad arrivare al codone AUG.

LA TRADUZIONE COMPRENDE TRE FASI:

• Inizio (riconoscimento del codone di inizio AUG).

• Allungamento (aggiunta dei successivi amminoacidi e avviene grazie a fattori di

allungamento che sfruttano l’energia del GTP).

• Terminazione (si conclude l’inserimento di amminoacidi e la catena viene rilasciata

dal ribosoma).

Fino a quando continua la traduzione?

Quando il ribosoma incontra un codone di stop, un fattore di rilascio proteico si combina

con il sito A. questo legame innesca il rilascio della catena polipeptidica dall’ult