Biologia vegetale 1

ACIDI NUCLEICI

Sono chiamati così perché sono contenuti nel nucleo delle cellule eucariotiche

DNA = acido desossiribonucleico RNA = acido ribonucleico

nucleotide

Sono polimeri composti da monomeri detti nucleotidi. Il è formato da:

1 zucchero pentoso: ribosio o desossiribosio

 1 base azotata (legata al C-1 dello zucchero)

 1, 2 o 3 gruppi fosfato (legati al C-5 dello zucchero)



Base azotata:

purine: 2 anelli eterociclici (= formato da carbonio e azoto) uno a 5 elementi e uno

 a 6 elementi. Sono adenina e guanina

pirimidine: 1 anello eterociclico a 6 elementi. Sono citosina, timina (DNA)

 e uracile (RNA)

I nucleotidi non sono solo i monomeri di DNA e RNA, infatti alcuni nucleotidi sono liberi

e hanno ruolo energetico nelle cellule: ATP e NAD+

ATP = adenosin trifosfato. È formato da ribosio + adenina + 3 gruppi fosfato. È un

mediatore del trasferimento di energia all’interno delle cellule

NAD+ = nicotinamide adenin dinucleotide. È un trasportatore di elettroni, coinvolti

nelle reazioni di ossidoriduzione, all’interno della cellula. È formato da 2 nucleotidi

uniti dal legame tra i gruppi fosfato

1) ribosio + gruppo fosfato + adenina

2) ribosio + gruppo fosfato + nicotinamide

AMP ciclico = adenosin monofosfato ciclico. È un messaggero intracellulare

…………………………………………………………………………………………………………………

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Gli acidi nucleici sono polinucleotidi cioè polimeri di nucleotidi che si

legano tramite il legame fosfodiestere = eliminazione di una molecola

d’acqua, legame tra il fosfato in posizione 5’ dello zucchero pentoso e l’-

OH in posizione 3’ dello zucchero successivo

I polimeri hanno una polarità (finisce con estremità diverse) in quanto:

all’estremità 5’ rimane libero un residuo di acido fosforico

 all’estremità 3’ rimane libero un gruppo alcoolico (-OH)



Il polinucleotide è formato da uno scheletro zucchero-fosfato, ripetitivo e

non contiene informazione, da cui sporgono lateralmente le basi azotate,

diverse e contengono informazione

La differenza tra DNA e RNA (oltre allo zucchero e alla base azotata) è strutturale: il

DNA è a doppio filamento mentre l’RNA è a singolo filamento

DNA

Ha configurazione a doppia elica, l’angolo di 36° crea una spira ogni 10 coppie di

nucleotidi. I due filamenti del DNA sono antiparalleli, hanno distanza costante, sono

legati per la complementarietà delle basi = legame idrogeno tra le basi azotate, una

purina si accoppia con una pirimidina

Adenina-Timina formano 2 legami H



Guanina-Citosina formano 3 legami H



Il DNA è alla base della possibilità di esatta duplicazione (replicazione del DNA) e

trascrizione (sintesi di RNA complementare al DNA stampo) del materiale genetico

DNA è acido, ad esso sono associati gli ISTONI = molecole proteiche basiche.

L’associazione di DNA e istoni costituiscono la cromatina. Il primo grado di

organizzazione è rappresentato dai nucleosomi

Spiralizzazione della cromatina cromatidi cromosomi

 

Prima della divisione cellulare, quando la cellula ha già duplicato

il proprio materiale genetico per poterlo ripartire nelle 2 cellule figlie,

ogni cromosoma è formato da 2 cromatidi fratelli identici

Il cromatidio formato da un filamento di DNA a doppia elica:

ogni cromatidio porta una copia dell’informazione genetica

Duplicazione del DNA

È semiconservativa = ogni mezza elica della molecola madre fa da stampo

per un’elica complementare a formare le 2 doppie eliche “figlie”

Prima della sintesi dei nuovi filamenti, la doppia elica si apre ad opera

dell’elicasi, in modo da esporre i 2 filamenti separati (filamenti stampo)

all’azione delle DNA polimerasi. I nucleotidi si dispongono uno di fronte

all’altro secondo la complementarietà delle basi; i nucleotidi adiacenti

vengono legati insieme tramite legami covalenti che si formano per

condensazione

Dogma centrale della biologia: DNA (m)RNA PROTEINA. Spiega come

 

l’informazione genetica contenuta nel DNA si trasforma nelle caratteristiche di

una cellula. L’mRNA agisce insieme al tRNA e all’rRNA dando luogo alla sintesi proteica

RNA

1) MRNA messaggero = porta in sé il messaggio genetico, originariamente contenuto

in una sequenza di DNA (gene) e che codifica per una certa proteina, copiato da un

filamento stampo di DNA. Una volta sintetizzato, l’MRNA esce dal nucleo attraverso

i pori della membrana nucleare e va nel citoplasma dove, a livello dei ribosomi,

l’informazione viene tradotta in proteina

2) TRNA transfer = funge da chiave di adattamento tra il linguaggio polinucleotidico

dell’MRNA e il linguaggio amminoacidico delle proteine. A ciascun ANTICODONE

(tripletta di basi nel TRNA) corrisponde un CODONE (tripletta di basi dell’MRNA)

complementare. Per ciascun codone c’è uno specifico TRNA che si lega a uno

specifico aminoacido e lo trasporta. L’aminoacido si lega all’estremità 3’ -OH del

TRNA formando l’aminoacil-TRNA

3) RRNA ribosomiale = è sintetizzato nel nucleolo, costituisce i ribosomi insieme alle

proteine

Il ribosoma completo è formato da una subunità minore e una maggiore

Trascrizione del DNA (DNA RNA)



Dopo l’apertura della doppia elica di DNA, l’MRNA viene sintetizzato su una certa

porzione (gene) di uno dei 2 filamenti. Sui ribosomi i TRNA permettono di posizionare

correttamente e in sequenza gli amminoacidi che costituiscono una certa proteina. Gli

aminoacil-TRNA trasportano gli aminoacidi sul ribosoma che legge la sequenza di

triplette riportata sull’MRNA. Questa sequenza corrisponde al messaggio che riporta in

codice la sequenza della proteina da sintetizzare

Codice genetico

Il codice genetico si basa su triplette di basi dette CODONI ognuno dei quali codifica

3

per uno degli amminoacidi possibili. N° possibili combinazioni = 4basi = 64.

Caratteristiche codice genetico:

un singolo AA può essere codificato da più di una tripletta (codice degenerato).

 Questo può essere vantaggioso nel proteggere da effetti di errori di trascrizione

ogni tripletta codifica per un solo amminoacido

 ha un codone d’inizio e un codone di fine messaggio

 non ha punteggiature intermedie e punti di sovrapposizione (un singolo nucleotide

 non fa parte simultaneamente di più triplette contigue)

Mutazioni

Mutazione = errore nella replicazione del DNA che comporta l’inserimento di una base

azotata errata. La mutazione determina la variazione del significato del gene e

dell’attività del suo prodotto, soprattutto se l’AA mutato ha caratteristiche chimico-

fisiche diverse da quelle dell’AA originario

Le mutazioni spontanee sono state fondamentali per la selezione naturale e quindi per

l’evoluzione

Sintesi proteica

Una specifica sequenza di DNA (gene) contiene l’informazione per una specifica

proteina

GENE ENZIMA. Il passaggio di tramite è rappresentato dalla trascrizione dell’mrna



che con trna e rrna (nei ribosomi) entra nella sequenza di reazioni rappresentata dalla

sintesi proteica

La sintesi proteica si verifica nel citoplasma e coinvolge i 3 tipi di RNA

L’efficienza della sintesi proteica è aumentata dal fatto che più ribosomi si possono

associare ad una singola molecola di mrna e possono quindi sintetizzare più molecole

dello stesso polipeptide quasi contemporaneamente. Si parla di poliribosomi o

polisomi

La diversa espressione genica è alla base del differenziamento delle diverse tipologie

cellulari durante lo sviluppo degli organismi superiori. Le diverse tipologie di cellule

originano tutte da una sola cellula iniziale e si differenziano grazie alla diversa

espressione, modulata nel tempo e nello spazio, di specifici insiemi di geni

SOSTANZE SECONDARIE

Le piante producono molti composti organici, la maggior parte non sono direttamente

coinvolti nella crescita e nello sviluppo delle piante stesse, questi composti sono detti

metaboliti secondari e sono distribuiti in modo differenziale tra alcuni gruppi

tassonomici nel regno vegetale. I metaboliti primari sono ubiquitari in tutti vegetali

e svolgono funzioni metaboliche essenziali al vegetale. Si tratta di sostanze come:

fitosteroli, lipidi, nucleotidi, aminoacidi, acidi organici

I metaboliti secondari o prodotti naturali influenzano le interazioni ecologiche tra

la pianta e l’ambiente in cui cresce:

protezione contro erbivori

 protezione contro infezioni da patogeni (funghi ecc)

 attrazione di impollinatori e di animali coinvolti nella dispersione dei semi

 agenti allelopatici (=sostanze che influenzano la competizione tra le diverse specie

 di piante)

protezione contro le radiazioni ultraviolette o le alte temperature



Queste funzioni ecologiche influenzano profondamente la sopravvivenza delle piante,

quindi è più

corretto definirli composti naturali piuttosto che metaboliti secondari, perché non sono

di fatto

secondari per la sopravvivenza delle piante!

Sulla base della loro origine biosintetica i prodotti naturali delle piante vengono

suddivisi in 3 gruppi:

1) TERPENOIDI o terpeni o isoprenoidi: comprendono sia metaboliti primari che

secondari. Derivano da un precursore a 5 atomi di C: isopentenil difosfato (IPP). Di

solito inibiscono la divisione cellulare

2) ALCALOIDI: contengono 1 o più atomi di N sintetizzati principalmente a partire da

aminoacidi

3) FENILPROPANOIDI e composti fenolici: possono essere sintetizzati sia dalla via

dell’ACIDO SHIKIMICO o quella del MALONATO/ACETATO. La maggior parte

inibiscono la germinazione dei semi o l’uptake degli ioni

ALLELOPATIA

Alcune piante contrastano la crescita o lo sviluppo di piante circostanti attraverso

l’escrezione di sostanze allelopatiche prodotte da radici, foglie o parti della pianta in

decomposizione

Alcune sostanze però hanno effetti positivi e quindi non sono definite

Eucalyptus

allelopatiche. Ad esempio l’acido fulvico e umico, liberati dall’

camaldulensis, riducono la tossicità da alluminio nel mais. O piante che liberano acidi

che solubilizzano i fosfati, rendendo così disponibili sorgenti di fosfato anche per le

piante circostanti

MECCANISMI CHIMICI DI DIFESA

Molti metaboliti sec