Biologia e Genetica

CONCLUSIONI:

- il modello conservativo mi diceva che una molecola di DNA replicata sarebbe

risultata come quella precedente + una nuova, quindi nella provetta azoto14

dopo venti minuti mi sarei aspettato una banda uguale a quella in azoto 15 e

una nuova. Questo non succede.

- La semiconservativa invece è quella giusta perché dal DNA avviene il primo

ciclo di duplicazione e risulta che il primo DNA è stato “diviso” e ogni suo

filamento è accoppiato a un nuovo filamento sintetizzato dopo i venti minuti.

Dopo i quaranta minuti c’è stato il tempo per due ulteriori duplicazioni, quindi

i filamenti precedenti ora sono accoppiati con nuovi filamenti sintetizzati più

leggeri

REPLICAZIONE DEI PROCARIOTI

Il DNA comincia ad aprirsi a livello delle origini di replicazione (1 nei

procarioti) caratterizzate da una particolare sequenza. Si forma così una bolla

di replicazione con le forcelle di replicazione. La replicazione procede poi in

entrambe le direzioni.

REPLICAZIONE NEGLI EUCARIOTI

Non esiste un’unica origine di replicazione ma più. I due filamenti di separano

contemporaneamente da tutte le origini, si formano quindi più bolle di

replicazione. A mano a mano che la bolla procede, a un certo punto il pezzo

neosintetizzato si fonde con gli enzimi e si creano due nuovi filamenti.

PROCESSO DI REPLICAZIONE DEL DNA

ELICASI: enzima che consente di separare i due filamenti.

PROTEINE SSBP: proteine che si legano ai filamenti singoli per evitare che i due

singoli filamenti si leghino di nuovo fra loro

GIRASI/TOPOISOMERASI: evita il superavvolgimento positivo che si origina con il

parziale srotolamento della doppia elica

DNA POLIMERASI: enzima in grado di sintetizzare la nuova elica di DNA

PRIMASI: sintetizza gli inneschi di RNA da cui la DNA polimerasi parte a

replicare

DNA POLIMERASI I: rimuove gli inneschi di RNA

DNA LIGASI: lega insieme i frammenti di okazaki

FASI DI DUPLICAZIONE:

1) Le DNA elicasi srotolano la doppia elica. Una volta esposti, i singoli filamenti

legano una serie di proteine, dette proteine leganti il singolo filamento, che li

stabilizzano impedendone la riassociazione nella doppia elica originaria. La DNA

topoisomerasi rilassa il superavvolgimento positivo che si origina con il parziale

srotolamento della doppia elica; può anche promuovere l’introduzione di

superavvolgimenti negativi che favoriscono la separazione dei due filamenti,

facilitando l’interazione con altre proteine coinvolte nella replicazione del DNA

2) La primasi si lega sullo stampo del filamento anticipato e sintetizza un corto

innesco di RNA complementare al DNA stampo.

3) La DNA polimerasi III usa questo innesco per iniziare a sintetizzare il DNA e

aggiunge desossiribonucleotidi alla sua estremità 3'. Per il filamento anticipato è

sufficiente un solo innesco perché poi la sintesi può procedere in modo continuo

in direzione 5'-->3'

4) Viene sintetizzato un innesco di RNA per il filamento ritardato (opposto che

dovrebbe essere sintetizzato 3'-->5', ma la DNA polimerasi sintetizza solo in

direzione 5'-->3'). Sul filamento ritardato (lagging strand) la sintesi del DNA è

discontinua e richiede una serie di inneschi di RNA. La sintesi del DNA procede

a partire dall’estremità 3' di ogni innesco. Si forma quindi un frammento di

Okazaki che si allunga fino a che non incontra il frammento adiacente. A

questo punto l’innesco di RNA viene eliminato dall’azione 5'-->3' esonucleasica

della DNA polimerasi I e sostituito con DNA dall’attività polimerasica dello

stesso enzima (N.B. DNA polimerasi I e DNA polimerasi III sono diverse!!)

6) La DNA ligasi unisce i frammenti di Okazaki adiacenti formando legami

covalenti fosfodiesterici. Nelle vicinanze della forcella di replicazione, quindi,

lavorano contemporaneamente la DNA ligasi, la polimerasi I, la polimerasi III, la

primasi, l’elicasi e la girasi.

I TELOMERI: sono le estremità di un cromosoma eucariotico. Dopo la rimozione

dei primer a RNA dalle estremità dei cromosomi (telomeri), non vi è alcun

gruppo 3’ OH disponibile come punto di inizio per la sintesi di DNA per riempire

l’interruzione e pertanto rimangono delle interruzioni alle estremità dei

cromosomi, che non possono essere riempite. Ne consegue che ad ogni ciclo di

replicazione, il cromosoma si accorcia. Problema dei telomeri interessa le cellule

eucariotiche, che hanno cromosomi lineari e non le cellule procariotiche, il cui

cromosoma è circolare.

I telomeri contengono circa 1000-10000 ripetizioni della sequenza 5’ TTAGGG 3’-

->Queste sequenze non sono codificanti.

Un enzima, detto telomerasi, impedisce la perdita di DNA telomerico,

catalizzando l’aggiunta di sequenze telomeriche. La telomerasi è un enzima cui

sono associate sequenze di RNA. Questo RNA, lungo circa 150 bp, contiene la

sequenza 3’ AATCCC 5’ complementare alla sequenza telomerica ripetuta. L’RNA

associato alla telomerasi serve da stampo per la sintesi della sequenza

telomerica all’estremità del cromosoma.

In genere, nelle cellule somatiche non si trova attività telomerasica o è presente

a livelli molto bassi. L’accorciamento dei cromosomi a seguito della perdita di

DNA telomerico porta all’invecchiamento e poi alla morte della cellula.

I telomeri possono essere un fattore limitante nel determinare la lunghezza

della vita di un organismo. La telomerasi è stata identificata in quasi tutti i

tipi di tumore nell’uomo (oltre il 90%), dove è espressa a livelli elevati. Un

allungamento anomalo del DNA telomerico può permettere alle cellule cancerose,

diventate immortali, di sfuggire ai normali meccanismi di invecchiamento.

Biologia e Genetica Lezione 5 (12/11/24)

MECCANISMI DI DANNO E RIPARO DEL DNA E LORO RUOLO NELLA

CARCINOGENESI

Una sequenza di DNA può subire una modificazione quando vengono copiati

errori introdotti dalla DNA polimerasi durante la replicazione o da agenti

ambientali quali mutageni chimici o radiazioni. Se non corretti, i cambiamenti

possono interferire con le funzioni della cellula [tutti i carcinogeni causano

errori nella sequenza del DNA e quindi il danno al DNA e gli eventi riparativi

sono aspetti importanti nello sviluppo del cancro].

I danni al DNA possono essere riparati da diversi meccanismi. I sistemi di

riparazione procariotici ed eucariotici sono analoghi. Durante la replicazione del

DNA viene commesso circa un errore ogni 107 nucleotidi aggiunti, questi errori

vengono riparati da meccanismi di riparo che abbassano il tasso di errore a

circa una base ogni 10/9 . I meccanismi principali sono:

CORREZIONE DI BOZZE: corregge gli errori man mano che vengono commessi

dalla DNA polimerasi. La Polimerasi ha una capacità di AUTOCORREZIONE,

controlla prima di procedere ad aggiungere nucleotidi. Possiede: attività

polimerasica 5’-->3’ e esonucleasica (degradativa dell’acido nucleico) 3’-->5’. A

seconda della direzione ha una doppia funzionalità.

RIPARAZIONE DEI DISAPPAIAMENTI: provvede a effettuare una scansione del

DNA neosintetizzato correggendo ogni appaiamento sbagliato tra basi.

RIPARAZIONE PER ESCISSIONE: basi anomale formatesi in conseguenza di danni

chimici vengono allontanate e sostituite con basi corrette. L’importanza di tale

meccanismo è quella di evitare la predisposizione ereditaria a certi tipi di

tumore (specialmente al colon) dovuta a una mutazione del gene che codifica

per una delle proteine riparative.

Oltre agli errori durante la replicazione ci possono essere anche altre

circostanze in cui il DNA viene danneggiato. Subisce modificazioni chimiche

(riparate per escissione):

a. depurazione: perdita spontanea di basi puriniche

b. deaminazione: perdita spontanea di un gruppo amminico (citosina si

trasforma in uracile)

c. dimeri di timina: dovuta alle radiazioni solari ultraviolette

MALATTIE DEFICIT DI SISTEMI DI RIPARAZIONE:

a. Ataxia-telangiectasia: disordini neurologici, deficienze immunologiche

b. Sindrome di Cockayne: Sensibilità della pelle alla luce solare; nanismo; ritardo

mentale; invecchiamento precoce

c. Retinoblastoma ereditario: Elevato rischio di sviluppo di tumore agli occhi

d. Xeroderma pigmentoso: Elevato rischio di sviluppo di cancro a pelle, occhi e

lingua in seguito ad esposizione a luce solare.

TRASCRIZIONE DEL DNA

Nell’uomo e negli eucarioti quasi tutto il DNA è contenuto nel nucleo, mentre le

proteine si trovano nel citoplasma. Il processo che porta dal gene alla proteina

è, quindi, indiretto. Il primo passaggio è tramite una molecola di RNA (RNA

messaggero, mRNA) che viene prodotta dal processo di trascrizione. La

trascrizione non copia tutta la molecola di DNA ma un pezzo, corrispondente a

un gene.

Il processo di trascrizione ha analogie con quello di replicazione del DNA:

comincia con la divisione dei filamenti

I ribonucleotidi vengono aggiunti sempre uno alla volta

l’RNA polimerasi non è fedele e compie errori (ma non esiste riparazione)

Il nuovo nucleotide si lega tramite la stessa proteina

ma anche differenze:

nel momento in cui RNA polimerasi sintetizza un nuovo filamento, si sposta e

l’elica su cui è già passato si richiude su se stessa.

uno stesso gene può essere trascritto più volte

trascrizione solo di uno dei due filamenti di DNA (quello che porta

l’informazione importante per produrre RNA--> “promotore” (sequenza

segnale) indica alla RNA polimerasi quale filamento copiare e in che

direzione)

RNA polimerasi è diversa tra procarioti ed eucarioti. Nei procarioti ne esiste

una e negli eucarioti ne esistono 3 (1 trascrive rRNA, 2 trascrive geni

codificati e proteine, 3 trascrive tRNA).

non presenta un sistema di correzione degli errori (perché la creazione di

proteine è un processo così rapido e frequente che la presenza di errori non

ha la stessa entità di un errore nel filamento di DNA + RNA ha vita breve)

RNA POLIMERASI: enzima chiave nella trascrizione è l’RNA polimerasi (I II e

III):

1. Catalizza la formazione dei legami fosfodiesterici della catena di RNA

2. avanza lungo il DNA, svolgendone l’elica quel tanto che basta per esporre una

regione del filamento stampo

3. la catena si allunga in direzione 5’-3’

4. come energia utilizza i legami ad alta energia dei nucleosidi trifosfati

5. riconosce una sequenza (PROMOTORE) a monte del gene (= vicino al 5’) e vi si

lega per iniziare la trascrizione.

6. nei procarioti, una sola RNA polimerasi trascrive: tRNA, mRNA e rRNA

7. negli eucarioti, si hanno tre RNA polimerasi diverse (di tipo uno, due e tre)

Il gene nel DNA presenta d