Biologia e genetica

REGOLE DI CHARGAFF

1. Esiste un rapporto 1:1 tra basi puriniche (A+G) e pirimidiniche (T+C) contenute DNA di

una cellula.

2. La % di adenina = % timina e la %guanina = %citosina

La replicazione del DNA è semiconservativa, cioè la molecola di DNA madre si apre come una

cerniera e ciascuno dei due filamenti funge da stampi per gli altri due filamenti complementari.

Ognuna delle due molecole figlie di DNA è costituito da un filamento del DNA parentale (conservato) e

un filamento sintetizzato ex novo.

In questo processo una volta che i due filamenti del DNA sono stati separati chi impedisce che questi

si riavvolgano? Le PROTEINE che legano il DNA a singolo filamento.

Inoltre, la DNA POLIMERASI è importante perché aggiunge nuovi nucleotidi alla catena in crescita e nel

caso nota che c’è un errore, inverte la sua direzione rimuovendo i nucleotidi fino al punto del

nucleotide sbagliato.

PROCARIOTI: vi è un unico punto di origine della duplicazione e avviene nel citoplasma

EUCARIOTI: la replicazione avviene nel nucleo e ci sono diversi punti di origine in ogni cromosoma.

Il processo avviene in due momenti:

INIZIO: abbiamo una proteina iniziatrice.

La elicasi rompe legami a idrogeno che mantengono unite le due emieliche quindi è

responsabile della separazione dei filamenti di DNA durante la replicazione del DNA

ALLUNGAMENTO: consiste nell’aggiunta progressiva di nucleotidi trifosfati complementari a quelli

presenti nei due filamenti stampo di DNA.

- Ruolo dei primer di RNA funge da innesco per l’enzima DNA POLIMERASI

à

• FRAMMENTI DI OKAZAKI sono piccoli frammenti di DNA sintetizzati dalla polimerasi

à

durante la replicazione del filamento lento della coppia elica

DAI GENI ALLE PROTEINE. Come un gene formato da 4 nucleotidi può dar luogo ad una catena

polipeptidica?

Il messaggio contenuto in un gene viene copiato sottoforma di mRNA nel nucleo durante il

processo di trascrizione. L’mRNA si trasferisce poi dal nucleo al citoplasma dove il messaggio

che trasporta viene usato per sintetizzare una proteina (traduzione).

Tre tipi di RNA

1. RNA MESSAGGERO (mRNA) trasporta l’informazione genetica dal DNA al citoplasma

2. RNA ribosomiale (rRNA) è un elemento costitutivo dei ribosomi

3. RNA di trasporto (tRNA) trasporta gli amminoacidi nel citoplasma ai ribosomi durante

la sintesi proteica e serve per tradurre l’informazione contenuto nella sequenza di

nucleotidi dell’mRNA in una sequenza di amminoacidi.

Nella trascrizione è importante l’enzima RNA POLIMERASI.

La trascrizione avviene in direzione 5’à3’.

PRODUCE una molecola di RNA.

Mentre nei procarioti l’mRNA viene tradotto subito dopo la sua formazione e la trascrizione

avviene nel citoplasma. Negli eucarioti invece il trascritto primario (pre mRNA o RNA

messaggero immaturo) deve subire una serie di modifiche prima di essere tradotto in

proteine. Questo processo è chiamato MATURAZIONE O SPLICING e avviene nel nucleo.

Negli eucarioti la trascrizione avviene nel nucleo e la traduzione nel citoplasma.

Durante la maturazione possono essere eliminati anche alcuni esoni dando così origine a

proteine diaerenti SPLICING ALTERNATIVO (le cellule producono versioni diverse di una

à

proteina con un unico gene).

Solo dopo l’aggiunta di cappuccio e coda l’mRNA può passare attraverso i pori dell’involucro

nucleare.

Codice genetico è basato su triplette di nucleotidi dette CODONI suaicienti per codificare 20

amminoacidi. Il codice genetico:

- Contiene un segnale di inizioà codone AUG che codifica per l’amminoacido

METONINIA

- Contiene segnali di fine lettura rappresentati da 3 codoni di STOP (o codoni non

à

senso)

- Non è ambiguo un dato codone specifica sempre un dato amminoacido (es. AUU

à

codifica sempre isoleucina)

- È ridondante o degenerato quasi tutti gli amminoacidi sono codificati da più di un

à

codone (es. l’isoleucina è codificata da AUU, AUC, AUA)

- È universale

RNA POLIMERASI enzima responsabile della sintesi dell’RNA durante la trascrizione

à

RNA POLIMERASI che legge il DNA e crea una copia in forma di mRNA, che esce dal nucleo

e va nel citoplasma. Qui i ribosomi leggono l’mRNA tre lettere alla volta (codoni) che

dicono al ribosoma quanti amminoacidi aggiungere. I tRNA portano i giusti amminoacidi al

ribosoma che mette insieme gli amminoacidi e forma la catena di amminoacidi nella

proteina.

LA FUNZIONE DELL’ACETILAZIONE DEGLI ISTONI NELLA REGOLAZIONE DELL’ESPRESSIONE

GENICA promuove la trascrizione

à processo in cui viene sintetizzata una proteina sulla base

delle informazioni contenute nell’mRNA. Nella traduzione delle proteine il codice genetico è

lo stesso nei procarioti e negli eucarioti.

Il processo di traduzione avviene in direzione 5’à 3’ nel citoplasma sui ribosomi e si

svolge in 3 fasi:

- INIZIO

- ALLUNGAMENTO

FASE DI ALLUNGAMENTO DELLA TRADUZIONE DELLE PROTEINEà gli amminoacidi vengono

aggiunti uno alla volta alla catena polipeptidica in crescita

- TERMINAZIONE

Sul codone stop si lega un fattore di rilascio che favorisce il distacco

della catena polipeptidica e la separazione delle subunità del ribosoma.

POLISOMI nel contesto della traduzione delle proteine sono gruppi di ribosomi che

traducono simultaneamente una singola molecola di mRNA.

I POLISOMI nella regolazione dell’espressione genica modulano l’eRicienza della

traslazionale dell’mRNA

TRADUZIONE DELLE PROTEINE NEI PROCARIOTI comporta il legame della subunità

à

ribosomiale piccola all’mRNA

La sintesi proteica degli amminoacidi procede da N-terminale a C-

terminale.

Riassumiamo le fasi della sintesi proteica.

1. Sul gene che deve essere espresso in un determinato momento, in

particolare sulla sequenza TATA box del promotore, si posizione la RNA

polimerasi e i diversi fattori di trascrizione.

2. Si apre la bolla di trascrizione e inizia il processo di formazione dell'mRNA.

3. La RNA polimerasi aggiunge nucleotidi di RNA al filamento stampo del DNA

in direzione 5' 3'.

→

4. Man mano che si forma, il filamento di mRNA si stacca dal DNA stampo.

5. Nel sito di terminazione la RNA polimerasi termina la polimerizzazione e si

richiude la bolla.

6. Il filamento di mRNA, eventualmente modificato, si porta nel citoplasma.

7. La traduzione inizia con la formazione del complesso d'inizio, costituito da

mRNA, subunità minore del ribosoma e tRNA con la metionina, posto in

corrispondenza del codone d'inizio AUG.

8. Si aggiunge la subunità maggiore del ribosoma e il primo tRNA si trova nel

sito P.

9. Nel sito A arriva un secondo tRNA con l'amminoacido corrispondente al

secondo codone.

10. Si forma il legame peptidico tra i due amminoacidi.

11. Il ribosoma avanza di una tripletta e il secondo tRNA con il polipeptide

si trova in P, mentre il primo passa in E ed esce.

12. Nel sito A, vuoto, giunge un terzo tRNA e si ripetono le fasi

precedenti, allungando la catena polipeptidica.

13. Quando il ribosoma incontra un codone stop, si interrompe l'aggiunta

di amminoacidi e un fattore di rilascio contribuisce al distacco del

polipeptide e del ribosoma.

TRADUZIONE DI PROTEINE NEI MITOCONDRI i mitocondri utilizzano un codice genetico

à

diverso da quello del resto della cellula

Gli a-amminoacidi sono chiamati così in quanto formando le proteine il gruppo amminico

à

e carbossilico sono legati al carbonio a

RIBOSOMI particelle cellulare sede della traduzione

à

Ruolo dei ribosomi nella traduzione delle proteine FORMARE LEGAMI PEPTIDICI TRA GLI

à

AMMINOACIDI

Sintesi e assemblaggio dei ribosomià NUCLEOLO

COSA AVVIENE SUI RIBOSOMIà la sequenza di nucleotidi di un RNA messaggero viene

tradotto in una specifica sequenza di amminoacidi

4. PROTEINE

Le proteine sono polimere biologiche risultanti dall'unione di 20 diversi amminoacidi uniti tra

loro dal legame peptidico a formare catene. Dei 20 aminoacidi che compongono le proteine 9

non possono essere sintetizzati ragion per cui vengono chiamati aminoacidi essenziali e

dobbiamo introdurli nel nostro organismo attraverso l'alimentazione. Le proteine vengono

sintetizzate direttamente dal DNA e possono avere una funzione strutturale oppure una

funzione catalitica, infatti, gli enzimi sono proprio delle proteine.

STRUTTURA PRIMARIAà la sequenza degli amminoacidi che la costituiscono

o STRUTTURA SECONDARIA conformazione della catena polipeptidica in regioni ad

à

o alfa-elica o a foglietto beta

STRUTTURA TERZIARIAàstruttura tridimensionale originata dal ripiegamento su sé

o stessa della secondaria

STRUTTURA QUATERNARIAà una proteina formata da due o più catene polipeptidiche

o associate

AMMINOACIDI ESSENZIALI: fenilalanina, isoleucina, leucina, lisina, metionina, treonina,

triptofano, valina, istidina

La catena laterale degli amminoacidi può essere lateralmente carica.

Tipi di proteine:

- PEPSINA proteina con funzione enzimatica

à

- PROTEINE CONIUGATE quando contengono un gruppo prostetico

à

- PROTEINE TRONCHE generano una mutazione ‘non sense’

à

- COLLAGENE proteina abbondante nelle ossa, nelle cartilagini e nei tessuti

à

connettivi (quindi serve a mantenere la pelle soda ed elastica/ contribuisce a

mantenere le articolazioni sane/ contribuisce al funzionamento delle cellule che

producono cartilagine)

- REPRESSOREà proteina che controlla la trascrizione codificata da un gene regolatore

- FATTORI DI TRASCRIZIONEà proteine che si legano al DNA e regolano l’espressione

genica negli eucarioti

- COESINA proteina responsabile della separazione accurata dei cromatidi fratelli

à

durante la mitosi

- PROTEINA G ATTIVA non è composta da 4 unità

à

ENZIMI catalizzatori biologici, ovvero aumentano la velocità della reazione ma senza

à

consumarsi e parteciparvi eaettivamente. Le sostanze che si legano agli enzimi sono detti

SUBSTRATI. Il substrato si lega all’enzima in un punto preciso che chiamiamo SITO ATTIVO

formando il cosiddetto complesso ENZIMA-SUBSTRATO. Ogni enzima è altamente specifico

quindi possono catalizzare una sola reazione. I nomi degli enzimi terminano solitamente in

-ASI. L'attività di un enzima risente di variazioni dei parametri ambientali come PH e

temperatura che possono modificare la velocità dei processi metabolici catalizzati.

REGOLAZIONE DELL’ATTIVITA’ ENZIMATICA

Regolazione del metabolismo: rapido adattamento delle attività e