Appunti biologia e biologia molecolare - moduli 2 e 3

DOMANDE E RISPOSTE ARGOMENTI BIOLOGIA MODULO 2-3(DNA, SINTESI PROTEICA, GENETICA MENDELIANA, DIVISIONE CELLULARE, ECC...)

1. Acidi nucleici

Gli acidi nucleici sono il DNA e l'RNA; sono polimeri costituiti dalla ripetizione di nucleotidi, con funzione di conservazione e trasmissione dell'informazione genetica. I nucleotidi sono dei monomeri composti da uno zucchero (pentoso) legato a una base azotata tramite un legame estere al C1 e con tre gruppi fosfato (P) legati al C5 del pentoso. L'idrolisi dei nucleotidi produce i nucleosidi, che consistono nello zucchero unito alla base azotata senza il gruppo fosfato. I nucleotidi si formano unendo i nucleosidi con una o più molecole di acido fosforico al C5, mentre i legami tra le basi azotate (quando assumono la conformazione a doppia elica) sono legami idrogeno. I nucleotidi possono unirsi tra loro mediante legame fosfodiesterico, per formare la sequenza della

strutturaprimaria dell'acido nucleico considerato. Le basi azotate, invece, sono compostieterociclici (componenti dei nucleotidi) e si suddividono in 2 categorie:

• Le purine, ovvero l'adenosina e la guanina, dalle quali si origina l'acido urico (UAO), volto a veicolare verso l'esterno del corpo le sostanze di scarto e dannose, le quali un'alta concentrazione nel sangue determina importanti indicazioni per lo stato di salute del soggetto (es: gotta, artrite -> accumulo di UAO nelle articolazioni);
• Le pirimidine, ossia citosina, timina e uracile nell'RNA che sostituisce la timina.

I nucleotidi possono, inoltre, fungere da donatori di energia sotto forma di ATP e GTP, a seconda del tipo di nucleotide (ad esempio, un nucleotide monofosfato è l'AMP, difosfato la GTP e trifosfato l'ATP) oppure essere utilizzati per la sintesi dei coenzimi NAD+, FAD+ e CoA (riferimento a biochimica).

Il DNA contiene l'informazione genetica da tramandare,

L'RNA si occupa della traduzione "in proteine" del gene contenuto nel DNA. Il primo, o acido desossiribonucleico è composto da uno zucchero pentoso (5 atomi di C): il desossiribosio, e un gruppo P più una base azotata. L'RNA, invece, o acido ribonucleico, è composto da un altro pentoso: il ribosio, e presenta l'ossidrile (-OH) legato al C2, al contrario del DNA che a quel C presenta un H; inoltre, è costituito da un solo filamento (non a doppia elica) e la base timina è sostituita dall'uracile. Esistono diversi tipi di RNA:

• L'RNA messaggero, o mRNA, il quale costituisce lo stampo necessario per la sintesi proteica in quanto trasferisce l'informazione genetica dal nucleo al citoplasma (dove sono presenti i ribosomi);
• Il tRNA, o transfer (di trasporto) prende il nome dalla sua conformazione a trifoglio, e alla quale estremità 3' si lega l'amminoacido corrispondente; il suo compito è quello

di trasferire l'amminoacido traducendo il codice genetico in proteine. Presenta, inoltre, 2 triplette, chiamate anticodone e codone (una tripletta di basi azotate contiene un'informazione che corrisponde ad un amminoacido). Nella fase di terminazione della sintesi proteina, infatti, gli ultimi 3 nucleotidi sono una tripletta formata da U - G - A, che non corrisponde a nessun tRNA, determinando il distacco della catena amminoacidica, costituendo la struttura primaria della proteina.

Le basi azotate del DNA si collegano tra loro formando legami H, formando il modello a doppia elica, o duplex, mediante la regola dell'appaiamento complementare delle basi, fondamentale per la replicazione dell'acido nucleico (una purina sempre con una pirimidina):

• Adenina con timina (A=T)
• Citosina con guanina (C=G)

Le 2 catene elicoidali che si formano e che vanno costituire l'elica del DNA sono antiparallele (con rotazione destrorsa/destrogira) e lo scheletro è

Il DNA è formato da ribosio e acido ortofosforico (H3PO4); tale forma porta alla formazione di 2 solchi, uno maggiore e uno minore, e le estremità da cui originano le catene sono 5' (primo) e 3'; la differenza tra queste due estremità è il diverso gruppo ad esse attaccato: l'estremità 5' è caratterizzata dalla presenza di un gruppo fosfato (-PO4), mentre l'estremità 3' da quello ossidrilico (-OH) attaccato alla molecola di zucchero. Inoltre, la zona centrale del doppio filamento è idrofoba in quanto i ponti H delle basi azotate, una volta appaiate, non sono più disponibili, mentre la zona periferica in cui si trovano i gruppi P è idrofila. Il DNA, quindi, è contenuto nel nucleo e contiene l'informazione genetica utile a sintetizzare tutte le proteine necessarie.

2. Alterazioni cromosomiche

Al momento della propria replicazione, il DNA può subire delle mutazioni, quindi un cambiamento

formazione di una tripletta-codone di stop che non codifica per alcun aa.); o per inserzione o delezione, quindi addizionando o eliminando un nucleotide dalla sequenza, causando danni al "frameshift" (=finestra di lettura) determinando alterazioni di tutta l'informazione genetica.

Le mutazioni cromosomiche, invece, riguardano la traslocazione, la delezione o duplicazione di interi filamenti di DNA. Sono alterazioni più gravi ed estese in quanto riguardano porzioni di cromosomi, determinando anomalie. Se agiscono per delezione si ha la perdita di un segmento di DNA. Per duplicazione avviene prima la rottura e, successivamente, la ricombinazione di cromosomi omologhi con segmenti scambiati tra loro; nel caso della traslocazione, invece, lo scambio di segmenti avviene tra cromosomi non omologhi. Con il termine inversione si fa riferimento al reinserimento di un segmento in un modo invertito.

Le mutazioni genomiche determinano, invece, un aumento o diminuzione del numero di

cromosomi di un individuo, causando poliploidia o aneuploidia, aloro volta distinte in euploidia aberrante, in cui manca o, al contrario, è in più un intero corredo genetico; o aneuploidia in cui il numero di cromosomi non è esatto, determinando casi di monosomia o trisomia, come nella sindrome di Down (o trisomia 21) in cui è presente una terza coppia del cromosoma anziché 2 (altre trisomie sono quelle di Patau, o trisomia 13, di Edward, o 18, oppure la trisomia 8 o di Werner; mentre per la monosomia riscontriamo la sindrome di Turner, o monosomia X).

E le mutazioni falciformi, come l'anemia falciforme, la quale presenta una malformazione genetica dell'emoglobina (proteina plasmatica che trasporta l'O contenuta nei globuli rossi) in cui gli enterociti (o globuli rossi) presentano una conformazione schiacciata a "falce" (o mezza luna) i quali tendono ad unirsi gli uni con gli altri determinando un'eccessiva distruzione di

essi stessi. Altre mutazioni possono avvenire sia a causa di agenti chimici che fisici; ad esempio, le radiazioni ionizzanti possono provocare danni diretti al DNA eliminando le basi azotate, o ancora quelle UV danneggiano la membrana cellulare, alterandone la fluidità e la permeabilità. Alcuni sono, invece, agenti chimici diretti e/o promutageni, come gli IPA (idrocarburi policiclici aromatici) come il benzopirene (derivante dalla bruciatura a fiamma viva su alimenti cotti alla griglia) in grado di reagire con il DNA e i suoi intercalanti (collegamento a chimica degli alimenti); o ancora quelli indiretti come i farmaci chemioterapici, che interferiscono con la duplicazione del DNA (es: 5-fluoro-uracile) bloccando il metabolismo dei nucleotidi purinici e pirimidinici.

3. Il cariotipo

Il cariotipo è l'assetto cromosomico tipico di ogni specie. Esso consiste nell'analisi dei cromosomi, presenti nel nucleo delle cellule. Essi contengono il patrimonio genetico di ogni individuo e determinano le caratteristiche ereditarie.

Individuo e sulla loro struttura sono presenti i geni; essi sono visibili durante la metafase della divisione mitotica, e nell'uomo, sono presenti 23 coppie di cromosomi, di cui le prime 22 coppie sono definiti autosomi, mentre l'ultima coppia (23esima) sono quelli sessuali X e Y: nella femmina vi sono 2 cromosomi X, mentre nell'uomo uno X e l'altro Y (per le mutazioni guardare domanda 2).

I tipi di eredità che possono causare mutazione sono di tipo autosomica dominante, quando si manifesta una mutazione a livello degli autosomi (22 coppie), dominante perché si manifesta sia nell'omozigosi che nell'eterozigosi, quindi l'individuo affetto ha il rischio di ricorrenza del 50%. L'eredità autosomica recessiva, invece, manifesta la patologia solo in caso di omozigosi recessiva, quindi i genitori sono sani, ma portatori eterozigoti e la possibilità di avere un figlio affetto è del 25% (se la malattia è molto).

rara è possibile una consanguineità dei genitori). Durante la fecondazione, i gameti (cellule sessuali, aploidi) femminili (uovo) presentano solo il cromosoma X, mentre quelli prodotti dal maschio (spermatozoi) portano per metà il cromosoma X e per l'altra metà quello Y (50% di probabilità di avere un figlio maschio o femmina, a seconda dello spermatozoo che feconderà l'ovulo). Vi sono, inoltre, delle patologie legate all'eredità sessuale, più precisamente al cromosoma X, tali per cui sono le femmine ad essere portatrici e dare maschi affetti (es: caso della regina Elisabetta): questo avviene perché le femmine portatrici sane hanno 2 cromosomi X, quindi quello sano compensa quello danneggiato, mentre i figli maschi, che ne presentano solo uno (per giunta se è quello portatore) manifestano la patologia (emofilia: deficit proteine coagulazione del sangue). Nella femmina, inoltre, può avvenire un altro