Biologia generale - parte 2

TRADUZIONE E SINTESI PROTEICA

Dopo la maturazione dell'mRNA, questo viene esportato nel citoplasma dove

avviene il processo di traduzione. Durante la traduzione, l'mRNA viene utilizzato

come modello per la sintesi di una proteina.

Il messaggio genetico è codificato in sequenze di codoni (tripletti di nucleotidi)

lungo il filamento di mRNA.

L'RNA di trasporto (tRNA) gioca un ruolo chiave nel trasferire gli amminoacidi

dal citoplasma ai ribosomi, dove avviene la sintesi del polipeptide.

Ogni tRNA ha una struttura che presenta una triplette di nucleotidi (anticodone),

la quale si appaia con un codone complementare presente sull'mRNA. Questo

garantisce che gli amminoacidi vengano aggiunti nell'ordine corretto alla catena

polipeptidica.

Il ribosoma è l'organello che facilita la formazione del legame peptidico tra gli

amminoacidi, permettendo la crescita della catena polipeptidica fino al

raggiungimento della proteina finale.

CODICE GENETICO

Il codice genetico è il sistema di corrispondenza tra le sequenze di nucleotidi

dell'mRNA e i 20 amminoacidi che compongono le proteine. Poiché esistono 4

basi azotate nel DNA e 20 amminoacidi, è evidente che più basi sono

necessarie per codificare un singolo amminoacido.

1 base offre 4 combinazioni (4 possibilità).

2 basi offrono 16 combinazioni (4²).

3 basi offrono 64 combinazioni (4³), che sono più che sufficienti per codificare

tutti gli amminoacidi.

Ogni triplette di basi (codone) corrisponde a un unico amminoacido. Tuttavia,

più codoni possono codificare per lo stesso amminoacido, un fenomeno noto

come "degenerazione del codice genetico".

Il codice genetico è:

Universale: È identico in tutti gli organismi viventi.

Degenerato: Più di una tripletta può codificare per lo stesso amminoacido.

Non ambiguo: Ogni tripletta codifica per un solo amminoacido.

Collineare: La sequenza di nucleotidi dell'mRNA è allineata in modo lineare con

la sequenza di amminoacidi nella proteina.

Controllo dell'Esprimibilità Genica

Le cellule hanno la capacità di regolare quando e in quale quantità produrre una

determinata proteina. Sebbene il patrimonio genetico di un organismo sia

identico in tutte le sue cellule, non tutte le proteine vengono espresse in ogni

tipo cellulare, ma solo dove è necessario. Ad esempio, cellule nel pancreas

esprimono alcune proteine specifiche, mentre i neuroni esprimono altre

proteine adatte alla loro funzione.

Il controllo dell'espressione genica avviene a vari stadi: DNA, RNA e proteine.

●​ A livello del DNA, una cellula può decidere quale porzione di cromatina

deve essere attiva in determinati momenti, influenzando così

l'accessibilità dei geni alla trascrizione.​

●​ Un aspetto importante di questo processo è l'epigenetica, che coinvolge

modifiche chimiche al DNA e alle proteine associate, regolando

l'espressione genica senza alterare la sequenza di basi del DNA stesso.​

L'RNA stesso è anche soggetto a controllo, con la cellula che può degradare

gli RNA non necessari o alterati. Un esempio di tale meccanismo è l'uso del

proteosoma, una struttura che degrada le proteine danneggiate o non più

necessarie.

I fattori di trascrizione sono proteine che si legano all'RNA polimerasi II per

avviare la trascrizione di specifici geni. Inoltre, esistono attivatori di trascrizione

che sono specifici per determinati tipi cellulari e si legano a porzioni specifiche

del DNA, chiamate enhancers (intensificatori), che possono essere distanti dal

promotore del gene. Questi attivatori lavorano in sinergia con altre proteine e

l'RNA polimerasi II, formando un complesso che avvia la trascrizione del gene.

A livello post-traduzionale, le proteine possono essere degradate tramite il

proteosoma, un processo che coinvolge l'attacco di molecole di ubiquitina alle

proteine destinate alla degradazione. Questa etichettatura segnala alle cellule

di distruggere e riciclare le proteine non più utili.

Differenziamento Cellulare

Il differenziamento cellulare è un processo fondamentale che avviene durante

lo sviluppo embrionale e consente alle cellule di specializzarsi strutturalmente e

funzionalmente. Ogni tipo cellulare attiva e disattiva specifici geni durante

questo processo, grazie all'azione di fattori di trascrizione (come gli attivatori).

Esistono però dei geni housekeeping, comuni a tutte le cellule, che sono

sempre attivi perché necessari per funzioni vitali di base. Un esempio di

differenziamento può essere osservato tra il fegato e l'occhio: l'epatocita

produce albumina, mentre la cellula del cristallino dell'occhio produce

cristallina. Queste proteine non sono prodotte nel tessuto opposto, poiché il

loro gene è silenziato.

Mutazioni Geniche

Le mutazioni geniche sono variazioni nella sequenza del DNA che influenzano

l'informazione genetica. Queste mutazioni possono essere alla base della

variabilità genetica tra gli organismi e contribuire all'evoluzione, ma possono

anche essere patogenetiche se causano alterazioni funzionali nel fenotipo.

Le mutazioni puntiformi coinvolgono modifiche a livello di una singola coppia

di basi e si classificano in vari tipi:

●​ Sostituzione di una coppia di basi:​

○​ Transizione: scambio di una purina con un'altra purina (A ↔ G) o

di una pirimidina con un'altra pirimidina (C ↔ T).​

○​ Transversione: scambio tra una purina e una pirimidina (A ↔ C,

G ↔ T, etc.).​

●​ Inserzione o Delezione di una coppia di basi: queste modifiche

alterano la sequenza genetica, con effetti variabili a seconda del tipo e

della posizione della mutazione.​

In base agli effetti sul prodotto proteico, le mutazioni possono essere

classificate come:

●​ Missenso: cambiamento di un amminoacido con un altro. Se

l'amminoacido sostituito ha proprietà simili a quello originario, l'effetto

sulla proteina può essere lieve, ma spesso la mutazione compromette la

funzione della proteina.​

●​ Non-senso: trasformazione di un codone codificante un amminoacido in

un codone di stop, causando una traduzione prematura e un polipeptide

incompleto.​

●​ Silente: la sostituzione non cambia l'amminoacido, poiché più triplette

possono codificare lo stesso amminoacido.​

●​ Neutra: il cambiamento dell'amminoacido è lievemente diverso, ma

appartiene allo stesso gruppo (polare, apolare, neutro), e l'effetto sulla

funzione proteica è minore.​

●​ Frameshift: inserzioni o delezioni di nucleotidi che non sono multipli di

tre, causando uno spostamento nella "griglia di lettura" dell'mRNA e

alterando significativamente la proteina risultante.​

Le mutazioni possono anche interferire con il processo di splicing,

influenzando la rimozione degli introni e alterando il prodotto finale, come nel

caso di malattie genetiche come la fibrosi cistica.

Un esempio di mutazione patogenetica è la anemia falciforme, causata da

una mutazione missenso che sostituisce il glutammato con la valina nel sesto

amminoacido dell'emoglobina, inducendo una deformazione dei globuli rossi.

Mutazioni nelle Cellule Somatiche e Germinali

Le mutazioni possono anche verificarsi nelle cellule somatiche, le quali non

vengono trasmesse alla progenie. Queste mutazioni sono spesso alla base dei

tumori sporadici, che si sviluppano quando i geni che regolano il ciclo cellulare

sono alterati.

Le mutazioni nelle cellule germinali invece sono trasmissibili alla prole. Un

esempio è rappresentato dalle mutazioni nei geni BRCA1 e BRCA2, che

predispongono allo sviluppo di tumori mammari e ovarici ereditari.

Cromosomi e Struttura della Cromatina

I cromosomi sono strutture presenti all'interno del nucleo cellulare che

diventano visibili durante la mitosi, soprattutto nella fase della metafase,

quando la cromatina raggiunge il suo massimo livello di condensazione. Ogni

cromosoma è composto da due cromatidi, che si uniscono in un punto

chiamato centromero prima della divisione cellulare.

L'unità fondamentale della cromatina è il nucleosoma, che può essere

paragonato a una "palla di baseball" costituita da un nucleo di istoniche

(proteine che aiutano a organizzare il DNA). Il nucleosoma è composto da un

core di 8 istoni (due copie di ciascun tipo: H2A, H2B, H3, H4) e avvolge una

doppia elica di DNA. Il DNA è mantenuto saldamente attorno a questi istoni

grazie all'istone H1. Tra un nucleosoma e l'altro si trova il DNA di

collegamento, una porzione di DNA che non è avvolta attorno agli istoni e che

permette la connessione tra i nucleosomi.

Riproduzione Cellulare

La capacità di riprodursi è una caratteristica fondamentale degli organismi

viventi, essenziale per la conservazione della specie. Ogni organismo passa

attraverso un ciclo riproduttivo che include tre fasi principali:

1.​ Replicazione e divisione del genoma​

2.​ Riproduzione​

3.​ Sviluppo​

Ciclo Cellulare

Il ciclo cellulare varia in base al tipo di tessuto. Alcune cellule, come quelle del

fegato, si dividono molto lentamente (per esempio, una volta l'anno), mentre

altre, come le cellule dell'epitelio intestinale, si replicano molto più

frequentemente (ad esempio, ogni giorno). Le cellule possono essere

classificate in base alla loro capacità di proliferare:

●​ Cellule che proliferano in continuazione​

●​ Cellule che non si dividono più ma che possono essere stimolate a

farlo in situazioni particolari (ad esempio, la rigenerazione di un osso

fratturato).​

Tipi di Divisione Cellulare

Esistono diversi tipi di divisione cellulare:

●​ Scissione binaria: tipica delle cellule procariotiche.​

●​ Mitosi: responsabile del turnover cellulare, della crescita e della

riproduzione asessuata. Mantiene il numero di cromosomi invariato.​

●​ Meiosi: produce i gameti (spermatozoi e ovociti) nella riproduzione

sessuata e dimezza il numero di cromosomi.​

Le cellule procariotiche si dividono per scissione binaria, mentre quelle animali

utilizzano mitosi e meiosi. Il ciclo cellulare inizia con l'interfase e prosegue

con la mitosi (fase M), che comprende diverse sottofasi:

1.​ Interfase: è la fase preparatoria alla divisione e si suddivide in:​

○​ Fase G1: la cellula cresce e si prepara alla replicazione del DNA.

In questa fase, la cellula può decidere se continuare il ciclo o

entrare nella fase di quiescenza (G0).​

○​ Fase S: avviene la replicazione del DNA e la duplicazione delle

proteine cromosomiche.​

○​ Fase G2: la cellula cresce ulteriormente, sintetizza