Appunti di Biochimica

La duplicazione del DNA

La struttura a doppia elica del DNA suggerisce un possibile meccanismo di copiatura del materiale genetico, sele due catene della doppia elica si aprono esse possono servire da stampo per la formazione di una catena complementare. Si definisce replicazione semiconservativa perchè ogni molecola di DNA nuova avrà un filamento stampo che proviene dalla molecola originale ed un filamento appena assemblato nuovo.

Al momento della duplicazione si avranno due nuove doppie eliche che saranno identiche tra loro e identiche a quella di partenza.

Rimangono da chiarire dei quesiti:

• Le due catene di DNA sono completamente disavvolte prima della replicazione?
• La replicazione inizia da un sito qualunque o da un sito preciso?
• La replicazione procede in una o entrambe le direzioni?

La duplicazione del DNA non inizia da un punto casuale ma c'è un sito di inizio preciso. Consideriamo ad esempio i plasmidi che sono strutture di DNA a doppia elica circolare.

Di conseguenza regolano l'attivazione o la disattivazione del DNA. È stato visto che bloccando le topoisomerasi i batteri non sono più in grado di svolgere le loro funzioni, si può sfruttare questa informazione per combattere dei batteri producendo degli inibitori delle topoisomerasi, molti di questi inibitori sono utilizzati come antibiotici. Le topoisomerasi dei batteri si chiamano girasi, le topoisomerasi dell'uomo non agiscono sui plasmidi perché non ne abbiamo ma agiscono sul DNA regolandone la duplicazione, ad esempio bloccando questi enzimi nel caso di patologie tumorali si possono curare tumori. L'enzima che si occupa di copiare il filamento di DNA prende il nome di DNA polimerasi, il nostro organismo contiene 3 tipi di questo enzima, è importante la processività dell'enzima ovvero il numero di nucleotidi che riesce a legare prima di smettere di funzionare. Delle tre polimerasi quella che ha processività maggiore è la DNA polimerasi 3.

quando avviene la duplicazione del DNA sarà questa quella che agirà. Anche le altre hanno un ruolo.

La DNA polimerasi 3 è strutturata in modo da circondare il DNA in fase di duplicazione, inizialmente si aggancia al DNA e inizia a scorrerlo fino a quando trova l'apertura della doppia elica.

La DNA polimerasi poi aggiunge i nucleotidi complementari a quelli che ci sono sul filamento, i nucleotidi che si utilizzano sono i trifosfato anche se nel DNA c'è un solo gruppo fosfato, si utilizzano i trifosfato perché c'è bisogno di energia per formare il legame fosfodiestere con il nucleotide precedente, il legame che si rompe è il legame anidridico tra il fosfato alfa e il fosfato beta, si libera un pirofosfato ovvero due molecole di fosfato che sono ancora legate tra di loro.

In queste condizioni non c'è un vantaggio energetico perché l'energia prodotta dalla rottura del legame anidridico viene subito utilizzata per formare il legame fosfodiestere.

questo vuol dire che non è spontanea e che non va avanti, per far si che il ΔG sia minore di 0 viene sfruttato il pirofosato che viene idrolizzato, questo cambia ΔG° entropia e rende la reazione spontanea.

Per inserire il primo nucleotide c'è bisogno di formare il legame fosfodiestere tra il fosfato e il gruppo 3' OH che però non è presente quando si apre il DNA perché non ci sono ancora nucleotidi legati, è quindi necessaria la presenza di un primer che viene sintetizzato da un altro enzima ovvero dalla primasi, questo enzima fa un piccolo frammento di DNA in modo che la DNA polimerasi 3 possa continuare la sintesi perché adesso è presente il gruppo 3' OH.

Il piccolo frammento di primer che viene formato dalla primasi non è di DNA ma è di RNA, è presente il ribosio e l'uracile. Ogni frammento di DNA che si genera ha a monte un piccolo frammento di RNA che verrà eliminato. La primasi è un enzima di RNA.

polimerasi DNA dipendente. La direzione con cui avviene la sintesi del nuovo filamento di DNA è dal 5 al 3 proprio perché le basi azotate si legano via via all'estremità 3. Il DNA in forma di singolo filamento praticamente non è presente perché viene sintetizzato il filamento corrispondente appena la doppia elica iniziale viene aperta, è importante che non rimanga per molto come singolo filamento perché sarebbe più facilmente degradabile. Se le due eliche sono antiparallele vuol dire che una ha direzione 5 - 3 mentre l'altra ha direzione 3 - 5, la DNA polimerasi 3 sintetizzerà il filamento in modo opposto rispetto ai due filamenti quindi in un caso dovrebbe andare in direzione 5 - 3 e nell'altro 3 - 5 ma può andare solo in direzione 5 - 3. Il fatto che i due filamenti vengono copiati simultaneamente è possibile grazie ai frammenti di Okazaki, ovvero il filamento che va in direzione 3 - 5 viene sintetizzato sotto forma

agenti che possono danneggiare il DNA sono:

• ROS: ovvero i radicali liberi dell'ossigeno, sono specie molto reattive, possono ossidare la guanina a 8-ossiguanidina che non si appaia più con la citosina ma con l'adenina.
• DEAMINAZIONE DELL'ADENINA: l'adenina può perdere il gruppo NH2 e quindi subire deaminazione trasformandosi in ipoxantina che si appaia con la citosina anziché con la timina.
• AGENTI ALCHILANTI: sono agenti che reagiscono con gli atomi di azoto della guanina e dell'adenina modificandoli chimicamente.
• RAGGI UV: danneggiano il DNA e un esempio sono i nei della pelle.
• RAGGI X: in base all'energia possono essere ionizzanti e rompere i filamenti di DNA. Esempio di alchilazione della guanina, non può più formare 3 legami a H ma 2, quando la DNA polimerasi 3 in fase di sintesi passa sulla guanina alchilata sente che può formare 2 legami e quindi inserisce la timina, questa è una mutazione.

IL METABOLISMO DELL'RNA

- LA TRASCRIZIONE è importante che tutte le nostre cellule abbiano il DNA perché li ci sono scritte tutte le informazioni per produrre le proteine che ci compongono. L'informazione sufficiente a produrre una proteina prende il nome di gene, le basi azotate del DNA sono organizzate in geni, un gene è una sequenza di DNA che è in grado di codificare in qualcosa di tangibile, noi abbiamo tra i 25.000 e i 35.000 geni.

Quando c'è bisogno di sintetizzare una proteina viene fatta una copia del gene sul quale ci sono le informazioni per produrla, la copia non viene fatta in DNA ma in RNA, questo processo avviene nel nucleo e prende il nome di trascrizione. L'enzima che si occupa di copiare il gene del DNA e sintetizzarlo è la RNA polimerasi, questo enzima polimerizza il nuovo nucleotide in direzione 5 - 3 quindi dei due filamenti di DNA ne riesce a leggere solo uno ovvero quello in direzione opposta 3 - 5.

Esistono delle indicazioni ben precise che danno

Le informazioni sul punto di inizio di un gene sono solitamente basate su sequenze dibasi specifiche. Queste sequenze, chiamate sequenze di inizio del codone di inizio (start codon), sono composte da due basi specifiche che segnalano il punto di inizio della traduzione del gene in una proteina.