Riassunto esame Citologia e istologia: laboratorio, Prof. Sabata Martino, libro consigliato Biologia molecolare , B. Alberts

Struttura del DNA

La doppia elica del DNA ruota a destra (come l'alfa-elica delle proteine). Un giro completo di elica di 360° si compie ogni 10 coppie di basi. Tale rotazione dei due filamenti genera una doppia elica caratterizzata da un SOLCO MINORE (minor groove) ed un SOLCO MAGGIORE (major groove). Questa conformazione prende il nome di DNA-B. Questa struttura (conformazione) è molto importante per la funzione del DNA, infatti nel momento in cui arriva una proteina ha molto spazio nel solco maggiore per reagire con i nucleotidi, in quanto le proteine hanno una determinata dimensione e, per potersi legare ai nucleotidi, hanno bisogno di uno spazio sufficiente, garantito da questa struttura. Conformazione = forma tridimensionale e strutturale della molecola. La conformazione B del DNA è quella che è stata studiata da Watson-Crick, tuttavia questa risulta essere una semplificazione, in quanto la molecola del DNA è molto lunga e dinamica, cambia la sua conformazione. Dunque,

Sono state individuate altre due conformazioni del DNA: DNA-A e DNA-Z. Per quanto riguarda il DNA-A, questo è molto più corto e compatto e i solchi, pur essendoci, sono molto simili: il DNA non è disponibile per le proteine e si dice per questo motivo "silenziata". Anche questa conformazione è associata ad una funzione biologica, infatti un DNA del genere non è danneggiato, ma nasce in seguito ad un meccanismo di regolazione grazie al quale la molecola di DNA non svolge più un'attività biologica (trascrizione dell'RNA) quando non ce n'è bisogno. Il DNA-A è un DNA TRASCRIZIONALMENTE REPRESSO.

Il DNA-Z, che sembra più disordinato rispetto alle altre due conformazioni, infatti non l'alfa-elica non è più distinguibile. La sua struttura viene detta "a zig-zag" e la sua particolarità è quella di ruotare a sinistra. Questo perché le basi guanine non sono

In posizione anti, ma in posizione sin. Questa regione del DNA è estremamente compatta e si trova prevalentemente nelle zone terminali dei cromosomi. La sua funzione sembra essere quella di mantenere stabile la struttura e sembra sia coinvolta nella stabilità genomica (la molecola di DNA non deve essere danneggiata al livello della struttura primaria, altrimenti si introducono alterazioni e mutazioni che danneggiano le informazioni). Il DNA-Z è un DNA totalmente "spento". Nell'ultimo decennio è stato dimostrato che anche questi DNA silenziati, possono essere attivati mediante un processo di "riprogrammazione". In questo caso si va ad alterare l'informazione che il DNA sta facendo. Ad esempio, se prendiamo i fibroblasti e li andiamo a modificare geneticamente (=fare delle biotecnologie che vanno ad agire sui meccanismi di espressione del DNA), li possiamo far diventare cellule staminali (iPS). Il DNA-B può diventare A.

Viceversa; diventare un DNA-Z è molto difficile in quanto si devono avere al proprio interno quelle sequenze di basi che possano assumere l'orientamento particolare. Un DNA non trascritto ha la stessa importanza di un DNA trascritto, in quanto detta le regole per cui determinati geni e proteine devono essere prodotti e altri no. Infatti, una funzione che dovrebbe interrompersi e invece continua è una condizione patologica.

DENATURAZIONE DEL DNA Denaturazione=perdere la struttura Un DNA denaturato perde la struttura del doppio filamento. Se un DNA perde la struttura nelle condizione canoniche in cui può avvenire, non è considerato danneggiato, in quanto il singolo filamento è una necessità biologica; denaturare il DNA significa, quindi, riportarlo alla struttura di singolo filamento per poter permettere la replicazione o la trascrizione. Nella molecola del DNA si possono interrompere i legami a idrogeno. In questo caso i due filamenti si separano.

Siccome la molecola di DNA è molto grande, questa non è mai completamente separata o unita (anche questo è un gioco dinamico delle necessità); un gene che deve essere trascritto, viene reso disponibile il frammento di DNA in cui il gene si trova, non tutto il DNA. Questo accade perché il DNA deve essere protetto e la protezione è garantita dalla doppia elica; dunque viene aperta solo la porzione di DNA che è necessario che venga liberata. Si parla spesso di "bolla di replicazione". Gli enzimi che rompono i legami a idrogeno tra le basi sono chiamati ELICASI. Le sequenze ricche di A e T si separano molto più velocemente rispetto alle sequenze ricche di C e G proprio perché il numero di legami è minore. Gli agenti denaturanti sono: EXTRA La temperatura di Melting è stato uno dei parametri fondamentali grazie ai quali è stato possibile sviluppare la reazione della PCR (reazione polimerasi a catena): con

questa reazione è possibile amplificare unamolecola, ricreando in vitro la reazione di replicazione del DNA. La tecnica di CRISPR si basa sul fatto che le proteine case, quando un virus attacca una cellula batterica, sono capaci di prendere dei frammenti di DNA virali e di inserirli all'interno del DNA genomico dei procarioti attraverso un meccanismo di inserimento sito-specifico (locus crispr, si trova in un punto ben preciso). Il batterio in questo modo si costruisce il suo sistema immunitario: se il batterio viene infettato da un virus con le stesse caratteristiche, produce un RNA crispr (il dna virale che era stato inserito è diventato con il sistema della trascrizione RNA, che sarà complementare al dna del virus è entrato) che, insieme alle proteine, costruiscono un doppio filamento che attiva le case, che diventano delle proteine nucleasi (di degradazione), sul DNA del nuovo virus e lo distruggono. Studiando questo meccanismo è stato rilevato

malattia genetica. Questo approccio può essere utilizzato per trattare una vasta gamma di patologie ereditarie, come la fibrosi cistica o la distrofia muscolare. La terapia genica può essere realizzata utilizzando diversi metodi, tra cui l'utilizzo di vettori virali per trasportare il gene sano nel corpo del paziente. Una volta che il gene sano è stato introdotto, può essere integrato nel genoma delle cellule del paziente e iniziare a produrre la proteina mancante o difettosa. Tuttavia, la terapia genica solleva anche questioni etiche complesse. Ad esempio, la modifica del DNA germinale, che influisce sulla linea germinale e può essere trasmessa alle generazioni future, solleva preoccupazioni sulla manipolazione genetica e sulla creazione di "designer babies". È quindi fondamentale affrontare attentamente le implicazioni etiche e legali della terapia genica, al fine di garantire che venga utilizzata in modo responsabile e nel rispetto dei diritti e della dignità umana.

malattia genetica. Questo gene diventa poi costitutivo dell'intero genoma.

Il DNA è una struttura molto lunga, quindi, per poter essere contenuta nelle cellule, si avvolge attorno ai NUCLEOSOMI, che sono delle strutture costituite da 8 proteine detti ISTONI (H2A, H2B, H3, H4). Si viene a formare in questo modo la CROMATINA, cioè l'insieme di DNA e proteine. La cromatina può essere compatta = eterocromatina, o il DNA può essere libero (cromatina meno compatta) = eucromatina.

Tra due nucleosomi c'è una porzione di DNA "libero" che si chiama linker, il quale ha sempre la stessa dimensione.

Questa non è una struttura quaternaria, ma un complesso proteico!!!!

DIFFERENZA!!!! è diverso il processo di sintesi e unificazione

Struttura quaternaria: due o più proteine si uniscono per formare un' unica proteina

Complesso proteico: due o più proteine si associano per formare una struttura che svolge una funzione

Il DNA ha i gruppi fosfato carichi negativamente, mentre le proteine istoniche hanno una carica positiva (sono basiche), si vengono quindi a creare delle interazioni di tipo elettrostatico. L'istone H1 fa da "pinza" che blocca il DNA sugli istoni. Quindi il nucleosoma è una struttura molto stabile. I nucleosomi (fig. A 10nm), poi, si organizzano ulteriormente (fig. B a 30nm) a formare la fibracromatinica. Questi nucleosomi possono restare compatti e avere il DNA compatto (ETEROCROMATINA) o si possono allontanare e formare un DNA libero che può diventare DNA-B e quindi essere un DNA attivo. La struttura a 30 nm può poi diventare più compatta, fino ad arrivare a 1400 nm e raggiungere la struttura di cromosoma, che si ha prima della divisione cellulare, quando il DNA ha subito il fenomeno della replicazione che ha fatto sì che la molecola del DNA venga raddoppiata. Questo DNA così compatto è una necessità che lacellula utilizza per garantire: - La conservazione della sequenza primaria del DNA (altrimenti ci sono patologie) questo è alla base di ogni meccanismo - Garantire una distribuzione equa del patrimonio genetico I cambiamenti nella struttura dei nucleosomi consentono l'accesso al DNA. Il distanziamento dei nucleosomi richiede che da una struttura più compatta, condensata, si passi ad una struttura meno compatta, decondensata. Quando il DNA è decondensato può diventare accessibile alle varie proteine. Le proteine istoniche possono essere chimicamente modificate ad opera di aggiunta di gruppi acetile, che fanno perdere la carica positiva agli istoni e il DNA di conseguenza non interagisce più e si libera, diventando accessibile. Per la replicazione i nucleosomi devono essere distrutti e poi riformati: 1. Allontanamento degli istoni 2. Separazione dei filamenti 3. Replicazione o trascrizione 4. Chiusura dei filamenti 5. Formazione dei nucleosomi Il DNA si trova

Nella forma condensata solo quando è in "stand-by".

Biologia Generale - lezione 6

Replicazione del DNA

Nella lezione 5 abbiamo visto la struttura del DNA e abbiamo descritto il legame tra i nucleotidi che si chiama fosfodiestere (o fosfodiesterico). Fra quali parti dei nucleotidi si instaura questo legame?

Tra il fosfato in C5 e l'OH in C3 del nucleotide successivo. Questa informazione è molto utile per comprendere meglio una delle attività biologiche più importanti del DNA: la replicazione. Cosa avviene? Da una molecola di DNA parentale si originano due molecole di DNA perfettamente identiche al DNA di partenza.

La replicazione è fondamentale perché garantisce il mantenimento delle informazioni genetiche in modo costante e senza variazioni all'interno delle specie. Infatti, variazioni all'interno della sequenza primaria, anche di un solo o di pochi nucleotidi, possono avere effetti gravi su quella che sarà la funzione.

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