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ESPRESSIONE DEL DNA : FUNZIONE ALLOSINTETICA
Trascrizione > avviene la sintesi dell’ RNA > grazie a : mRNA, rRNA, tRNA che sono proteine
La trascrizione è il processo mediante il quale le informazioni contenute nel DNA vengono
trascritte enzimaticamente in una molecola complementare di RNA. Sarà l’ RNA infatti a
fungere da intermediario per questo processo, poiché possiede molteplici ruoli che
consentono il corretto funzionamento della cellula.
Principali tipi di RNA
- mRNA = RNA messaggero contiene l’informazione per la sintesi delle proteine.
à
Viene trasferito dal nucleo ai ribosomi citoplasmatici per essere tradotto.
- rRNA = RNA ribosomiale molecola globulare che diventa parte della struttura ei
à
ribosomi. Possiede attività catalitica nella sintesi proteica
- tRNA = RNA transfer necessario per la traduzione nei ribosomi. Consiste in un
à
singolo filamento che si ripiega su se stesso assumendo una forma specifica.
NUCLEOLO
Organulo nucleare in cui avvengono: La trascrizione e la maturazione dell’rRNA e parte
dell’assemblaggio dei ribosomi
Complementarietà delle basi azotate
La sequenza di basi di una catena polinucleotidica del DNA determina la sequenza di basi
nell’altra catena polinucleotidica antiparallela
La sequenza di basi di una catena polinucleotidica del DNA determina la sequenza di basi in
una catena polinucleotidica nascente di RNA
Che cosa è un gene ?
è un segmento di DNA che viene espresso per ottenere un prodotto funzionale,
corrispondente o a una molecola di RNA ( ad esempio RNA ribosomiale o RNA transfer ) o ad
un polipeptide
LA STRUTTURA DEI GENI EUCARIOTICI
La maggior parte dei geni eucariotici è costituita da sequenze codificanti ( esoni ) interrotti da
sequenze non codificanti ( introni ).
vengono trascritti per ottenere un lungo trascritto precursore.
Sia introni che esoni
Gli introni sono quindi rimossi attraverso il meccanismo dello splicing per formare il trascritto
maturo DUPLICAZIONE
La duplicazione o replicazione del DNA è il processo biologico di produzione di due repliche
identiche di DNA originale .
Una molecola di DNA è formata da due
eliche complementari e antiparallele,
tenute assieme dai ponti a idrogeno che
stabiliscono le basi azotate dei nucleotidi
delle singole eliche. Le due eliche
possono essere separate a livello di tali
ponti e ognuna delle controparti può
fungere da stampo per la sintesi di una
nuova elica.
Il processo biologico fondamentale della
riproduzione richiede la fedele
trasmissione dell’informazione genetica
dai genitori della progenie
La replicazione accurata del DNA genomico è essenziale per la vita di tutte le cellule e
organismi .
Nonostante l’importanza di un’accurata replicazione e del mantenimento del DNA, i genomi
cellulari sono lontani dall’essere statici.
Mutazioni e riarrangiamenti dei geni sono necessari per mantenere la variabilità genetica tra
gli individui .
La ricombinazione tra cromosomi omologhi durante la meiosi gioca un ruolo chiave in tale
processo .
La replicazione del DNA è un processo semiconservativo poiché’ una catena del DNA
parentale è conservata in ciascuna molecola figlia, e funziona da stampo per la sintesi di
nuovi filamenti figli complementari .
La replicazione del DNA è bidirezionale a partire dall’origine di replicazione
Come tutti i processi la replicazione del DNA avviene in tre fasi : INIZIO – ALLUNGAMENTO e
FINE
1. Inizio
Il replicone è il tratto di DNA compreso fra un’origine di replicazione e le due terminazioni
della replicazione .
Ajinché’ possa iniziare il processo della duplicazione, è necessario che vengono riconosciuti
i siti da proteine iniziatrici che permettano l’apertura dell’ elica .
- DNA ELICASI : enzima chiave nell’ apertura delle due eliche, convocata per la rottura
dei ponti ad idrogeno. Dalla sua azione si originerà una bolla di replicazione alla cui
estremità sono presenti le forcelle di replicazione
- SSBP : Una volta interrotti i legami tra le basi delle due eliche, si ristabilisce la
tendenza alla riformazione dei ponti. Le proteine che legano il singolo filamento
(SSBP) si associano alle due eliche e stabilizzano la bolla di replicazione evitandone la
chiusura
- TOPOISOMERASI : L’ apertura della doppia elica di DNA causa un superavvolgimento.
In base al superavvolgimento le molecole di DNA assumono diverse forme definite
topoisomeri.
Le topoisomoerasi catalizzano la rottura e legatura reversibili dei filamenti di DNA. I
tagli transienti introdotti da questi enzimi servono da perni che permettono ai 2
filamenti di DNA di ruotare liberamente l’uno intorno all’altro
2. Allungamento
- DNA POLIMERASI : la DNA polimerasi è l’ enzima che catalizza la formazione del
nuovo filamento di DNA. Questo enzima ha una capacità di lettura 3’ 5’ e una
à
capacità di sintesi in senso 5’ 3’
à
La catena nucleotidica si allunga attraverso il legame tra gruppo fosfato in posizione 5’ dello
zucchero del nucleotide aggiunto e il gruppo ossidrilico in posizione 3’ dello zucchero
presente nell’estremità della catena. a d
Le cellule eucariotiche posseggono tre DNA polimerasi : ,e, coinvolte nella replicazione
del DNA nucleare .
Una diversa DNA polimerasi che si trova nei mitocondri, è responsabile della replicazione del
DNA mitocondriale .
- DNA PRIMASI : La DNA polimerasi non può sintetizzare una nuova catena nucleotidica
ex novo. Necessita di un frammento di nucleotidi presenti ai quali ancorare i nucleotidi
che compongono la nuova elica.
La primasi è quell’ enzima che inserisce un frammento di RNA, definito primer, che
permetterà alla DNA polimerasi di svolgere la suya funzione
Meccanismo di allungamento : i filamenti di DNA soni antiparalleli, presentano cioè
direzioni opposte.
La copiatura di DNA può procedere solo in direzione 5’>3’ del filamento di nuova sintesi, il
filamento di stampo sarà letto con una direzionalità opposta, cioè 3’ > 5’.
Le forcelle replicative sono zone di attiva sintesi
A livello della forcella di replicazione i due filamenti saranno contraddistinti:
a. FILAMENTO GUIDA ( leading) > il filamento stampo che viene letto in direzione 3’ 5’
à
ha una replicazione del filamento continua, poiché il nuovo filamento potrà essere
prodotto nella stessa direzione dell’ apertura della forca ( 5’ 3’)
à
b. FILAMENTO IN RITARDO ( lagging) > è il filamento neosintetizzato che si muoverà in
direzione opposta all’ apertura della forca poiché’ se il filamento stampo sarà stavolta
in direzione 5’à3’ , per poter essere sintetizzato quello nuovo la DNA polimerasi dovrà
agire al contrario.
il filamento lagging viene sintetizzato in brevi segmenti (frammenti di Okazaki ) in
direzione opposta rispetto a quella generale di replicazione
frammenti di okazaki
questi piccoli frammenti sono caratterizzati dalla presenza di primer a RNA e sequenze di
DNA neosintetizzato .
- DNA LIGASI : lega tra loro i frammenti di Okazaki unendo l’estremità 3’ del nuovo
frammento di DNA all’ estremità 5’ del tratto di DNA adiacente
L’ attività della DNA polimerasi richiede un innesco di RNA’ catalizzato dall’enzima RNA
primasi, e, sull’elica stampo 5’ 3’ la sintesi di frammenti di Okazaki ( tratti di DNA) aventi
à
ognuna direzione di crescita opposta rispetto al filamento di DNA finale.
- Brevi frammenti di RNA costituiscono gli inneschi per la replicazione del DNA
- Gli inneschi a RNA vengono rimossi e la DNA polimerasi riempie con DNA le
interruzioni i DNA che ne derivano possono essere uniti dalla DNA ligasi
à
Le elicasi svolgono i 2 filamenti di DNA parentale davanti alla forcella di replicazione.
I filamenti svolti di DNA sono poi stabilizzati da proteine che legano il DNA a singolo filamento
in modo che possano servire da stampo per la sintesi di nuovo DNA .
BOLLA REPLICARIVA
Man mano che il DNA si replica queste bolle di replicazione andranno ad unirsi staccando
completamente i 2 filamenti di DNA precedenti, formando 2 nuove molecole di DNA
composte da un filamento nuovo e uno parentale .
Proofreading ( correzione ) da parte della DNA polimerasi
Disappaiamento o basi errate vengono identificate da gruppi di enzimi di riparazione che
scorrono il DNA alla ricerca di guasti. Una nucleasi stacca un frammenti di DNA contenente la
porzione danneggiata
La DNA polimerasi e la DNA ligasi completano la riparazione sintetizzando la porzione
rimossa e unendo il DNA neosintetizzato al DNA originario
3. Fase finale
Le DNA polimerasi non riescono a completare la duplicazione dei filamenti terminali di DNA a
causa della rimozione non colmata dei primers terminali, e quindi lasciano una piccola
porzione non replicata, provocando una piccola perdita di materiale genetico.
Sono presenti cappucci terminali, chiamati TELOMERI che non contengono geni che
codificano proteine ( situazione non pericolosa)
RIEPILOGO :
1. La sintesi di DNA inizia in corrispondenza di una specifica sequenza di basi, chiamata
origine di replicazione
2. I filamenti vengono separati nel punto di origine e svolti dalla DNA elicasi che
“cammina” lungo la molecola di DNA precedendo gli enzimi deputati alla sintesi.
Proteine destabilizzatrici dell’elica si legano al DNA a singolo filamento, impedendo
che possa riappaiarsi. La zona di attiva sintesi del DNA corrisponde alla “ forca di
replicazione” che si è formata nel punto di congiunzione tra i tratti di DNA a singolo
filamento e la regione ancora a doppia elica. La sintesi procede su ciascun filamento
singolo della forca in direzione 5’-3’
3. Mentre i nuovi filamenti continuano a crescere in questa direzione , lo svolgimento e la
replicazione iniziano all’altra estremità dell’origine così che la replicazione procede in
entrambe le direzioni
4. Al termine della replicazione si ottengono due molecole, identiche tra loro e alla
molecola originaria, ognuna delle quali possiede un filamento “ stampo”
TRASCRIZIONE
Definizione : sequenze specifiche di DNA sono trascritte ( copiate) in molecole di RNA
Come fa ad avvenire in maniera corretta la trascrizione ? la correttezza della trascrizione è
garantita dalla complementarietà tra le basi del filamento di DNA e quelle dell’RNA che si
forma sullo stampo
l’informazione del DNA &egrav
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