Biologia e biochimica

MUTAZIONI

Variazioni nella sequenza del DNA(che

deve essere trascritto), quindi una

sequenza di basi diversa da quella

prestabilita, può portare quindi alla

variazione del filamento di RNA

MESSAGGERO che viene tradotto

quindi in maniera differente, e porta ad

una sequenza di amminoacidi diversa

della proteina rispetto a quella che

sarebbe dovuta essere.

Questa sequenza di amminoacidi può

portare comunque alla formazione di

una proteina che serve all’organismo,

quindi funzionale.

(POLIMORFISMO

Altre variazioni portano invece a delle

sequenze di amminoacidi insolite, e

quindi a proteine anomale.

COSA SONO QUINDI LE MUTAZIONI?

Variazioni del patrimonio ereditario di un

individuo, quindi un cambiamento del

suo genoma (insieme di geni che

codificano per le proteine, che

esprimono ogni informazione ed

elemento dell’organismo).

Cambiamenti nella sequenza di

nucleotidi del DNA, cioè basi che non

sono complementari, che sono state

aggiunte, tolte o addirittura sostituite.

Le mutazioni dei nucleotidi, esplicitate

attraverso le mutazioni delle basi che lo

compongono, portano a danni differenti

negli organismi che si riproducono per

via sessuale, in base al tipo di cellule.

Secondo le cellule colpite, infatti,

esistono due tipi di mutazione:

- Mutazioni ereditabili: colpiscono le

cellule deputate alla riproduzione

(cellule germinali) e quindi il figlio

eredita queste mutazioni.

- Mutazioni somatiche: (a carico del

soma, del corpo) riguarda le mutazioni

alle cellule somatiche, ovviamente al

DNA di queste cellule, e quindi non

essendo sessuali non portano le

mutazioni alla prole.

CAUSE DELLE MUTAZIONI

Le mutazioni possono avere moltissime

cause, oltre a quelle interne come il

mancato lavoro dell’enzima DNA

POLIMERASI per il DNA, ed RNA

polimerasi per l’RNA.

Le cause esterne che causano

mutazione sono:

-RAGGI X

- RAGGI ULTRAVIOLETTI

- RAGGI IONIZZANTI

- AGENTI CHIMICI TOSSICI.

MUTAZIONI PER SOSTITUZIONE

Le mutazioni per sostituzione, come

dice la parola implicano che una base

venga sostituite con un’altra base

azotata, rompendo la complementarietà

delle basi.

Esistono due tipi di mutazioni:

Missenso, se la base sostituita altera le

triplette e da vita ad un amminoacido

differente.

Non senso, se la sostituzione porta a

trasformare un codone di mezzo ( che

origina un amminoacido normalmente)

ad un codone di stop, che sappiamo che

nella traduzione non si legherà a nessun

tRNA, perdendo quindi un amminoacido.

MUTAZIONI FRAMESHIT

Le mutazioni frameshit sono quelle in

cui nucleotidi vengono tolti, e quindi

base azotate vengono tolte senza

nemmeno esser sostituite

erroneameante: sono quindi mutazioni

per delezione.

Se la delezione è di una base sola, è

chiamata delezione -1

Se la delezione è di due basi, due

nucleotidi, è chiamata delezione -2

Durante la fase di traduzione, nella

lettura dell’mRNA con la delezione vi è

uno scivolamento della lettura e quindi

le triplette si sfasciano, e si salta la

lettura di quella tripletta che avrebbe

portato ad un amminoacido specifico

( vi è un amminoacido).

REPLICAZIONE (O

DUPLICAZIONE)

La replicazione del DNA genomico è un

processo fondamentale per la vita di

tutte le cellule ed organismi: una cellula

per vivere infatti deve avere il DNA e

quindi la duplicazione diventa

fondamentale.

La riproduzione, che sia di una cellula o

di un intero organismo, richiede la

trasmissione dell’informazione

genica ,cioè contenuta dai geni del DNA:

una cellula madre, ad esempio, origina

cellule figlie e quest’ultime devono

avere il DNA per la trasmissione

dell’informazione genica.

Nonostante l’accuratezza del processo

di replicazione e del mantenimento del

DNA, sarebbe errato affermare che i

genomi eucariotici sono statici, cioè che

si attengano al 100% a questi processi.

Mutazioni e riarrangiamenti dei geni (un

qualcosa che altera la replicazione ed il

mantenimento) sono fondamentali per

mantenere la variabilità genica tra gli

individui ( altrimenti avremmo tutti

individui con la stessa sequenza

nucleotidica, tutti uguali).

Abbiamo detto che il DNA contiene

l’informazione genica, espressa

sottoforma di geni ed ha come risultante

le proteine.

Il modello di Watson e Crick a doppia

elica suggerisce che all’inizio della

replicazione c’è la rottura dei legami ad

idrogeno che legano le basi azotate

(PURINE AG, PIRIMIDINE CT).

MECCANISMO SEMICONSERVATIVO

La replicazione del DNA può essere

vista come un processo

semiconservativo: da una molecola di

DNA, disposta secondo due filamenti di

cromatina antiparalleli, si originano due

molecole aventi due filamenti; un

filamento è quello della cellula madre ed

uno è il filamento nuovo che si origina

per complementarietà delle basi.

Il processo semiconservativo di

replicazione ha permesso di spiegare le

mutazioni che si tramandano nel corso

delle generazioni.

Se il filamento madre che va a costituire

la nuova molecola di DNA presenta

delle variazioni della sequenza, il nuovo

filamento che va a completare la

molecola che si origina per

complementarità delle basi, avrà la

disposizione delle basi azotate alterate.

Ed il processo si ripete perché in un

nuovo processo di duplicazione e di

riproduzione della cellula, il filamento

originato da quello madre verrà

considerato come il filamento stampo

del DNA.

La replicazione avviene attraverso un

importante enzima, la DNA POLIMERASI: il

suo compito è quello di aggiungere nucleotidi

al filamento nuovo che si sta formando da

quello madre, cioè quello stampo.

Il suo lavoro è molto simile, quindi, a quello

dell’RNA polimerasi che aggiungeva

nucleotidi nella trascrizione del filamento di

RNA.

Così come l’RNA polimerasi, il primo

nucleotide aggiunto mantiene il “trifosfato”.

Successivamente i nucleotidi di DNA

diventano nucleosidi, perché privati di parte

del gruppo fosfato: come nei nucleotidi

dell’RNA, che devono essere aggiunti dalla

DNA POLIMERASI in questo caso per il nuovo

filamento di DNA, i nucleotidi successivi

avranno solo un gruppo fosfato che si

legherà con altri gruppi fosfato attraverso

legami covalenti forti.

Nelle cellule procariotiche, è la DNA

POLIMERASI III ad essere coinvolta nella

replicazione del DNA: E’ stato identificato che

questo particolare enzima riesce ad

aggiungere 1200 nucleotidi al minuto.

Nelle cellule eucariotiche, invece, esistono 4

tipologie di DNA POLIMERASI, 3 coinvolte

nella replicazione del DNA nucleare, ed una

coinvolta nella replicazione del DNA

mitocondriale.

La DNA polimerasi alpha, delta ed epsilon

sono le tre coinvolte alla replicazione del DNA

nucleare.

La DNA polimerasi gamma invece è addetta

alla replicazione del DNA mitocondriale.

L’aggiunta dei nucleotidi da parte della DNA

polimerasi avviene sempre in direzione 5’ 3’

(come nella trascrizione).

Come abbiamo visto e come vedremo

successivamente, la replicazione del DNA

richiede un macchinario proteico, una serie di

proteine ed enzimi importanti per andare a

formare due molecole di DNA.

REPLICAZIONE

Si parte dal doppio filamento ad elica

destrogira, scoperto da Watson e Crick. Per

avvenire la replicazione vi è bisogno che

l’elica venga spezzata per ottenere due

filamenti distinti ( i due filamenti stampo): la

rottura dell’elica avviene grazie ad un enzima

chiamato ELICASI.

La replicazione, e quindi questo processo di

rottura iniziale, non avviene interamente

lungo i filamenti della cellula madre, ma

avviene in delle zone precise, chiamate bolle

di replicazione od origini di replicazioni.

Lì grazie all’elicasi, i due filamenti intrecciati

risultano come due filamenti distinti

attraverso una forma chiamata a forcella

stabile.

I filamenti di DNA devono essere visti come i

fili di una corda, che una volta tagliata, cerca

di ritornare e di riavvolgersi: per far sì che

questo non avvenga interviene una

determinata proteina, SSB che lega il singolo

filamento rendendolo indipendente.

Successivamente interviene un altro enzima,

la topoisomerasi che taglia i due filamenti a

forcella, e li divide dal resto: i due filamenti

antiparalleli sono pronti per fare da stampo

ad un filamento figlio ciascuno secondo la

regola della complementarietà delle basi.

Nel processo di replicazione o di duplicazione

intervengono vari enzimi, ma il più importante

rimane la DNA POLIMERASI (per il DNA

nucleare alpha, delta ed epsilon) che

aggiunge nucleotidi al nuovo filamento,

controllando che non ci siano mutazioni

nella disposizione della basi.

Così come nel processo di trascrizione

(ovviamente per l’RNA), il nuovo filamento di

DNA non può originarsi da sé.

C’ è bisogno infatti di un “primer”, un piccolo

tratto di RNA che faccia da innesco al

processo di aggiunta di nucleotidi.

L’enzima che si occupa di formare il primer è

la DNA PRIMASI: una volta dopo che i

nucleotidi dell’RNA sono stati posizionati, la

DNA POLIMERASI è in grado di fornire

nucleotidi.

Come l’RNA polimerasi II, i nucleotidi aggiunti

dalla DNA POLIMERASI avranno un solo

gruppo fosfato, per collegarsi reciprocamente

tra un nucleotide ed un altro. (NUCLEOTIDE-

NUCLEOSIDE).



Una volta che si è formato il filamento il

primer viene tagliato e sostituito da un tratto

di DNA, telomero ( l’accorciamento del

telomero determina l’invecchiamento).

LA REPLICAZIONE È BIDIREZIONALE.

Oltre ad aver detto che la replicazione è semi

conservativa ( UNA MOLECOLA DI DNA CON

DUE FILAMENTI= DUE MOLECOLE CON

RISPETTIVAMENTE UN FILAMENTO MADRE

ED UNO NUOVO) dobbiamo affermare che la

duplicazione è bidirezionale.

Ma che significa?

I due filamenti stampo originali della cellula

madre sono antiparalleli: per questo motivo

uno si trova in direzione 5’ 3’ e l’altro nella

direzione opposta, 3’ 5’.

Se la DNA POLIMERASI aggiunge enzimi solo

nella direzione 5’ 3’ non li aggiungerà solo in

una direzione.

ESAMINIAMO I DUE CASI SEPARATI

1) FILAMENTO STAMPO ( MADRE) IN

DIREZIONE 3