Riassunto esame Biologia, Prof. Ventura Santoro Claudio, libro consigliato Biologia molecolare della cellula, Alberts

Riassuntino riassuntivo

Davanti alla forcella di replicazione la DNA elicasi apre l'elica del DNA. Due molecole di DNA polimerasi sono in funzione a livello della forcella, una sul filamento veloce e una sul filamento lento. Su quest'ultimo il complesso della replicazione lascia dietro di sé una serie di frammenti di Okazaki non uniti, che contengono ancora alle estremità 5' l'RNA primer. Questo viene rimosso e il buco riempito grazie a enzimi di riparazione del DNA.

I due filamenti del DNA devono essere svolti e separati per far avvenire la replicazione. A questo serve la DNA topoisomerasi, una nucleasi che si attacca covalentemente a un fosfato del DNA per rompere un legame fosfodiestere nel filamento. La topoisomerasi I si lega a un solo filamento producendo una rottura e permettendo la rotazione delle due sezioni del filamento per svolgersi. La topoisomerasi II forma un legame covalente con i due filamenti producendo una rottura su entrambi. A questo punto,

La proteina usa ATP per rompere reversibilmente la doppia elica e risaldare la rottura dissociandosi dal DNA. In questo caso la topoisomerasi serve a sciogliere i superavvolgimenti aggrovigliati dei cromosomi.

L'inizio e la fine della replicazione

La doppia elica del DNA è molto stabile, perciò per avviare la replicazione servono delle speciali proteine iniziatrici che si legano ai due filamenti e li separano rompendo i legami idrogeno fra le basi in una porzione di DNA chiamata ORI (origine di replicazione). Queste sequenze si trovano spesso in corrispondenza di porzioni ricche di coppie A-T perché sono legate da meno legami idrogeno rispetto alle coppie G-C. I cromosomi batterici hanno una sola ORI, mentre i cromosomi eucariotici ne hanno multiple in modo da rendere più veloce la replicazione. Le cellule batteriche riproducono il proprio DNA continuamente, mentre le cellule eucariotiche solo durante la fase S del ciclo cellulare.

Un'ORI deve avere un sito

di legame per una proteina iniziatrice ORC (complesso di riconoscimento dell'origine), un tratto di DNA ricco di A e di T facile da separare e siti di legame per proteine che aiutino l'ORC a legarsi al DNA modificando la struttura della cromatina. Durante la fase G1, le elicasi sono caricate sul DNA vicino a ORC per creare un complesso prereplicativo. Tra la fase G1 e la fase S, le chinasi attivano le elicasi aprendo la doppia elica e permettendo il caricamento delle altre proteine, tra cui le DNA polimerasi. Le stesse chinasi impediscono l'assemblaggio di nuovi complessi prereplicativi finché non si passa alla fase M, fosforilando ORC, non permettendogli di accettare nuove elicasi. Alle estremità dei cromosomi sono presenti delle sequenze speciali che contengono molte ripetizioni in tandem: i telomeri. I telomeri sono mantenuti dall'enzima telomerasi che allunga le estremità del cromosoma in direzione 5'-3' usando un primer a RNA.telomeri hanno bisogno di essere protetti dai sistemi di riparazione del DNA, perciò una nucleasi accorcia l'estremità 5' del telomero, lasciando sporgere un'estremità a singolo filamento che attrae delle proteine che formano un cappuccio protettivo, lo shelterin, che nasconde i telomeri ai controllori del danno cellulare. I telomeri comunque vengono accorciati gradualmente: dopo molte generazioni, le cellule ereditano cromosomi senza funzionalità telomerica e perciò attivano una risposta al danno al DNA smettendo di dividersi. I telomeri servono come protezione dalla proliferazione incontrollata di cellule nei tessuti somatici, proteggendoci dal cancro. La lunghezza dei telomeri regola quindi la durata della vita di una cellula, prevenendo un invecchiamento prematuro e la tendenza a sviluppare tumori. RIASSUNTINO RIASSUNTIVO Le proteine che iniziano la replicazione del DNA si legano alle sequenze dell'origine di replicazione per

catalizzare la formazione di una bolla di replicazione con due forcelle. Il processo comincia quando si forma un complesso iniziatore che carica una DNA elicasi sullo stampo di DNA. Altre proteine vengono aggiunte per formare la “macchina di replicazione”. I batteri hanno una singola ORI e duplicano continuamente il loro DNA, mentre negli eucarioti ci sono molte ORI e il DNA viene duplicato solo nella fase S del ciclo cellulare. La cromatina si riforma grazie all’aggiunta di nuovi istoni. La replicazione delle estremità dei cromosomi (telomeri) va regolata con la telomerasi che estende uno dei filamenti all’estremità di un cromosoma usando uno stampo di RNA producendo una sequenza di DNA altamente ripetuta. I telomeri hanno strutture specializzate che li distinguono dalle estremità rotte dei cromosomi, per far sì che non vengano erroneamente riparati.

La riparazione del DNA

Nella cellula sono

presenti tantissimi meccanismi di riparazione del DNA che permettono che solo lo 0,02% delle mutazioni che subisce diventi permanente. Gli errori nel DNA sono molto frequenti a causa di reazioni interne al DNA come la depurinazione (circa 18 000 basi puriniche (A e G) al giorno vengono perse perché i loro legami N-glicosilici si idrolizzano e lo zucchero perde la base) e la deamminazione (della citosina a uracile), oppure per mutazioni provocate dall'esposizione a sostanze chimiche, un esempio è la dimerizzazione delle primidine (le radiazioni ultraviolette possono produrre un legame covalente fra due pirimidine adiacenti nel DNA).

Una malattia provocata da questa mutazione è lo xeroderma pigmentoso, in cui gli individui affetti sono estremamente sensibili alle radiazioni UV per un difetto di riparazione di questa dimerizzazione, il che porta a una frequenza maggiore di mutazioni che provocano gravi lesioni della pelle e propensione a certi tipi di cancro. Mutazioni dei

geni Brca1 e Brca2 compromettono la riparazione della ricombinazione omologa provocando tumori ovarici e della mammella ereditari. I due filamenti del DNA rendono possibile la riparazione in quanto si ha sempre una copia dell'informazione corretta sul filamento non mutato che viene usata per ripristinare le sequenze nucleotidiche utilizzando diversi enzimi in base alla lesione.

Le due vie di riparazione principali, in questi casi, sono la riparazione per escissione delle basi e la riparazione per escissione dei nucleotidi. La prima coinvolge gli enzimi DNA glicosilasi che riconoscono una specifica base alterata e ne catalizzano la rimozione. Il controllo delle basi avviene per flipping (rovesciamento) delle basi all'esterno dell'elica. L'AP endonucleasi taglia l'ossatura fosfodiestere e l'interruzione viene riparata. Nella seconda vengono corretti più nucleotidi in sequenza, come idimeri di pirimidina (T-T, T-C e C-C) prodotti dalla luce solare.

grande complessomultienzimatico scansiona il DNA ricercando la distorsione e, quando la trova, il tratto incorretto viene tagliato e l'interruzione viene riparata dalla DNA polimerasi e dalla DNA ligasi. Un altro sistema di riparazione del DNA viene avviato dall' RNA polimerasi che si blocca a livello delle lesioni del DNA che riconosce e, grazie a proteine di accoppiamento, dirige la riparazione verso questi siti. RIASSUNTINO RIASSUNTIVO Il DNA è ricco di enzimi di riparazione che lo controllano continuamente e sostituiscono i nucleotidi danneggiati. I principali tipi di riparazione sono possibili grazie alla presenza della copia delle informazioni sul secondo filamento dell'elica. La riparazione per escissione delle basi prevede la rimozione della base sbagliata da parte di una DNA glicosilasi, mentre la riparazione per escissione dei nucleotidi fa tagliare un oligonucleotide che sta attorno all'errore. In entrambi i casi l'interruzione viene riempita dalla

DNA polimerasi e della DNA ligasi. Se il danno coinvolge entrambi i filamenti, si ricorre all'unione omologa (usando come stampo il cromatidio fratello) o non omologa delle estremità (unendo le due estremità) o end joinment.

Alberts - BIOLOGIA Riassunto MOLECOLARE DELLA CELLULA DAL DNA ALLE PROTEINE CAP.6

La trascrizione è il processo con cui la cellula riesce a trasformare le informazioni contenute nel DNA in RNA. L'RNA è costituito da nucleotidi come il DNA, ma i suoi sono ribonucleotidi, cioè contengono ribosio al posto del deossiribosio, e le basi dell'RNA sono adenina (A), guanina (G), citosina (C) e uracile (U), al posto della timina (T), che si appaia con A. Oltretutto mentre il DNA è sempre a doppio filamento, l'RNA è a singolo e la catena può ripiegarsi su se stessa per acquisire diverse funzioni.

Esistono molti tipi di RNA:

• mRNA trasporta le informazioni per la traduzione di proteine
• tRNA trasportano gli

amminoacidi al ribosoma per incorporarli nelle proteine

rRNA danno funzionalità e struttura ai ribosomi

miRNA e siRNA regolatori nell'espressione genica

lncRNA (long non coding RNA) non codificanti

snRNA dirigono lo splicing del pre-mRNA

Essendoci così tanti tipi di RNA esistono 3 tipi di RNApolimerasi che trascrivono diversi tipi di geni. Tutti gli RNA vengono trascritti e maturati nel nucleo prima di venire trasportati nel citosol.

La trascrizione avviene usando un filamento di DNA come stampo, quindi aprendo l'elica, e assemblando l'RNA con le basi complementari di quel tratto di DNA trascritto.

La trascrizione avviene solo su un limitato numero di nucleotidi e il filamento di RNA appena trascritto non rimane legato da legami idrogeno al filamento stampo. L'enzima principale della trascrizione è l'RNA polimerasi che svolge l'elica di DNA e forma legami fosfodiesterici tra i ribonucleotidi in direzione 5'-3' senza

L'impiego di un primer. La trascrizione inizia quando l'RNA polimerasi incontra sul filamento di DNA una sequenza promotore che indica il punto di partenza per la sintesi di RNA, associandosi a un fattore di trascrizione, che aiuta a posizionare la polimerasi sul promotore e a separare i due filamenti di DNA (il fattore di trascrizione contiene DNA elicasi), e a complessi proteici in grado di rimodellare la cromatina e modificare gli istoni. Aprendo l'elica, l'RNA polimerasi legata a altri fattori di trascrizione (che insieme formano il complesso d'inizio) scorre sul filamento esposto e lo trascrive in direzione 5'-3'. La trascrizione finisce quando l'enzima incontra un terminatore, rilasciando lo stampo di DNA e il trascritto di RNA. I fattori di trascrizione riconoscono delle sequenze (come la TATA box) posizionate prima del promotore e attaccandovisi ne provocano una distorsione che serve come punto di