Genetica agraria

Struttura del DNA

DNAPuò essere definito da tre livelli strutturali: l'unità monomerica ripetitiva degli acidi nucleici è il nucleotide, che se ne conoscono 4 tipologie diverse. Il nucleotide è la molecola che costituisce il DNA. 1. La struttura primaria è formata dall'unione dei nucleotidi uno adiacente all'altro (polimero) tramite legami covalenti, che costituisce un filamento di DNA a singola elica. 2. La struttura secondaria è formata da due filamenti singoli organizzati a doppia elica, tramite legami ad idrogeno. 3. La struttura terziaria si viene a formare quando il doppio filamento si avvolge e assume nello spazio una struttura tridimensionale. Il nucleotide è costituito da tre parti: uno zucchero pentoso (a cinque atomi di carbonio), una molecola di acido fosforico e una base azotata. - Lo zucchero pentoso che entra a far parte del DNA (deossinucleotidi) si chiama "2' deossiribosio" (2-primodeossiribosio),

Perché in posizione 2' non abbiamo un gruppo ossidrilico (OH) bensì un atomo di idrogeno. Il ribosio invece entra a far parte dei ribonucleotidi (RNA), e in posizione 2' occupa un gruppo OH. Il carbonio 5'si trova fuori dalla struttura ciclica che va a legarsi con il gruppo fosfato.

Il gruppo fosfato dei nucleotidi è legato con un legame di tipo estere al carbonio 5' dello zucchero. Questo legame si crea per eliminazione di una molecola di acqua dal gruppo OH alcolico dello zucchero e il gruppo OH acido del fosfato.

Le basi azotate sono legate al carbonio 1' dello zucchero, con un legame β-glicosidico che si forma grazie all'eliminazione di una molecola di acqua. Le basi azotate contenute negli acidi nucleici appartengono alla classe delle pirimidine, monocicliche o delle purine costituite da 2 cicli. Le pirimidine utilizzano l'azoto 1 per legarsi al nucleotide e comprendono timina (nel DNA), uracile

(nell'RNA) e citosina, mentre le purine utilizza l'azoto 9 per legarsi al nucleotide che comprendono adenina e guanina.

• Deossinucleotidi DNA 2' lega un H, troviamo adenina A, guanina G, timina T e citosina C.
• Ribonucleotidi RNA 2' lega un OH, troviamo adenina A, guanina G, uracile U e citosina C.

È possibile trovare molecole con più gruppi fosfato, fino a 3 (alfa, beta, gamma). La molecola di ATP per esempio (adenosinatrifosfato) ha una struttura identica ad una molecola di RNA legata all'adenina ma contiene 3 gruppi fosfato. Il legame covalente che caratterizza l'unione di due singoli nucleotidi lungo il filamento si chiama legame fosfodiestere. Il gruppo OH del carbonio 3' di uno zucchero pentoso si lega al gruppo OH del carbonio 5' dell'acido fosforico di un secondo nucleotide, andando così a perdere una molecola di H2O. Lo zucchero e il gruppo fosfato rimarranno uniti da un singolo atomo di.

La porzione non variabile nella struttura del DNA è costituita dallo scheletro dei fosfati ribosi creando un direzionalità, iniziano con un gruppo 5' fosfato libero e si chiude con un gruppo 3' OH libero; mentre la parte variabile è rappresentata dalle basi azotate A, G, T, U, C, che ne caratterizza la biodiversità.

Le ricerche di Chargaff, Franklin e Wilkins ci suggerirono informazioni fondamentali sulla struttura del DNA:

• La composizione in basi di DNA varia di specie in specie.
• Nelle specie il rapporto fra Adenina e Timina è sempre molto vicino ad uno. Le quantità di Guanina e Citosina sono sempre molto vicine ad uno. Ciò significa che in natura per ogni Adenina deve corrispondere una Timina. Lo stesso discorso vale per Guanina e Citosina - (Regole di Chargaff).
• Le molecole di DNA isolate da tessuti diversi della stessa specie hanno la stessa composizione in basi. La composizione in basi del DNA di una

Specie non si modifica con l'età dell'organismo, con la sua nutrizione o in seguito a variazioni ambientali.

• Il numero di residui di Adenina è uguale al numero di residui di Timina, ed i residui di Guanina è uguale al numero di residui di Citosina.

L'analisi eseguita alla rifrazione raggi X da Franklin e Wilkins metteva in evidenza che il diametro della molecola di DNA era compatibile con 2 filamenti e che il diametro della molecola era uniforme lungo tutto il filamento.

Lungo i filamenti una purina veniva associata ad una pirimidina in modo che la molecola abbia un diametro costante.

L'associazione dei due filamenti è antiparallela (una in direzione 5'-3' e una in direzione 3'-5'). I due filamenti, che si dicono complementari, vengono tenuti insieme da un legame ad idrogeno fra le tue basi azotate. I legami sono due se si parla di un legame fra T e A, mentre i legami sono tre se si parla di un legame G e C.

filamenti si avvolgono in una struttura elicoidale. L'avvolgimento della molecola fa in modo che fra una base e un'altra ci sia una distanza di 3,4 angstrom (0,34 nm). Un giro completo dell'elica è lungo 34 angstrom (3,4 nm), ogni giro comprende 10 coppie di basi. Inoltre, l'avvolgimento va a formare la presenza di un solco minore e un solco maggiore. Anche la molecola di RNA mantiene una sua direzionalità e sarà sempre a singolo filamento.

Struttura terziaria:

La lunghezza del DNA contenuto in una cellula è migliaia di volte maggiore rispetto alla lunghezza delle cellule e si misura in paia di basi (bp). Ciò significa che il DNA per essere contenuto deve essere fortemente impacchettato. In questo caso parleremo di struttura terziaria del DNA.

Nel caso dei batteri troviamo un'unica molecola di DNA circolare chiusa sotto forma di cromosoma. Affinché questa possa essere impacchettata, alcune proteine fanno da ancoraggio alla

molecola in modo che questa si richiuda organizzando la molecola con domini ad anse, successivamente ogni singola ansa subirà un superavvolgimento che permetterà un impacchettamento totale della molecola, fino a 1000 volte dell'originale. Nella cellula eucariotica invece ogni singolo cromosoma è costituito da una molecola di DNA lineare. Anche qui avviene l'associazione fra DNA e proteine, che costituiscono nel loro insieme la cromatina. Il DNA si avvolge attorno alle proteine istoni (H1, H2A, H2B, H3, H4). Due copie delle proteine H2A, H2B, H3 E H4, di natura basica, si associano a costituire un ottamero di proteine sul quale la molecola di DNA lineare si avvolte per un giro e tre quarti (146bp), questa struttura è chiamata nucleosoma. Un tratto di DNA, il dna linker, rimane libero per connettersi ad altri nucleosomi (la struttura formata ricorda una collana di perle. Attorno alle perle il DNA si attorciglia per accorciarsi), riducendo di 7 volte la

molecola di DNA. L'istone H1, che si lega ai DNA linker, ha lo scopo di compattare tutti i nucleosomi fra loro, formando una struttura detta solenoide, riducendo di altre 7 volte la lunghezza del DNA. Abbiamo ottenuto la cromatina. L'ulteriore impacchettamento prosegue quando la cromatina, formando delle anse, si attacca a una base proteica detta matrice nucleare che funge da impalcatura, formando l'eucromatina (300 nm). A sua volta l'eucromatina si compatterà formando delle anse nelle impalcature, formando l'eterocromatina (700 nm), l'eterocromatina è talmente compattata da non permettere più variazioni alla molecola di DNA. La compattazione dell'eterocromatina formerà i CROMOSOMI. Man mano che il DNA si super avvolge diventa sempre meno accessibile il materiale genetico in esso contenuto, importante invece che venga impacchettato durante la fase di trasferimento alle cellule figlie. I cromosomi eucariotici sono costituiti

da un’unica molecola di DNA, sono formati da un centromero e da due bracci(inferiore e superiore), l’intera struttura prende il nome di Cromosoma 1C (contenente un solo cromatidio). Il centromero è la parte che rimane fortemente compattata, così come anche le estremità dette telomeri. Quando il cromosoma deve duplicare l’informazione genetica assume momentaneamente la struttura 2C (2 cromatidi). I due cromatidi fratelli sono identici. Divisione cellulare, duplicazione del materiale genetico: → → → Ciclo di una cellula: cellula madre fase M (mitosi) 2 cellule figlie che entrano in un ciclo di Interfase Fase G1 di → una delle due figlie in cui la cellula cresce, troveremo i cromosomi 1C Fase S replicazione del materiale ereditario → DNA, troveremo cromosomi 2C (stato di condensazione eucromatico) Fase G2 in cui la cellula cresce preparandosi → → per la mitosi Fase M infinito. Il processo di replicazione del DNA è semiconservativo,cioè durante la replicazione del DNA le due eliche di una molecola si aprono in un punto specifico detto forca replicativa, rendendo disponibile la loro informazione. Le due nuove molecole di DNA sono costituite da un filamento originario che fungerà da stampo, e dal nuovo filamento complementare.

• La replicazione del DNA inizia in punti ben precisi: Origine della replicazione.
• Le due catene della madre si snodano man mano che procede la replicazione delle 2 nuove molecole. La replicazione procede attraverso un meccanismo bidirezionale per una questione di velocità.
• Nei procarioti riscontriamo solo un'unica origine della replicazione (il DNA si apre in un solo punto); la replicazione è bidirezionale.
• Il materiale ereditario degli eucarioti è distribuito invece su più cromosomi ed hanno più origini della replicazione, che è sempre bidirezionale.

La replicazione del DNA si tratta di un processo biochimico che.

Viene attivato da enzimi che prendono il nome di DNApolimerasi:

• L'attività di enzimi che sintetizzano il DNA si chiama attività polimerasica, che si occupa dell'allungamento dei filamenti andando a legare i singoli monomeri tra loro (svolta dagli enzimi DNA polimerasi).
• Le attività di enzimi che degradano il DNA si chiama attività nucleasica, attività che va correggere eventuali errori, divisa in esonucleasica (degradare il DNA a partire da un'estremità) ed endonucleasica (degrada il DNA sulla porzione interna).

Il filamento può essere allungato solo in direzione 5'-3' ed aggiungendo solo TRIFOSFATI, che andranno a perdere i due gruppi fosfati di troppo dopo la formazione del legame fosfodiestere.

Gli enzimi DNA polimerasi non devono commettere errori nella sintesi del filamento (base azotata che non coincide con quella del filamento che fa da stampo), altrimenti generano MUTAZIONI.

mento di DNA in direzione 5'-3'.