Appunti biologia molecolare

DNA

 È diretta alla ricostruzione della forcella di replicazione quando questa si blocca nei

pressi di un danneggiamento del DNA

 Questo processo può avvenire anche durante il processo della coniugazione (mating),

cioè quando il DNA cromosomico viene trasferito da una cellula batterica donatrice ad

una ricevente

- Nei eucarioti:

 Ha molti ruoli nella replicazione e nella divisione cellulare, include anche la riparazione

delle forcelle di replicazione bloccate

 Questa ricombinazione si verifica on maggiore frequenza nella MEIOSI

 MEIOSI:

 processo nel quale una cellula della linea germinale con due serie di cromosomi

dà origine ad un insieme di gameti aploidi aventi ciascuno un solo tipo di

cromosoma per coppia

 la meiosi inizia con la replicazione del DNA della cellula germinale in modo tale

che ciascuna molecola di DNA è presente in quattro coppie

 in seguito la cellula va incontro a due cicli di divisione senza un ciclo di

replicazione del DNA

 Questo riduce il contenuto di DNA a livello aploide in ogni gamete

 Dopo la duplicazione del DNA durante la profase della prima divisione meiotica,

i cromatidi fratelli rimangono associati in corrispondenza dei loro centromeri

 Quindi ogni insieme di quattro cromosomi omologhi si presenta sottoforma di

due coppie di cromatidi

 L’informazione genetica viene scambiata da cromatidi omologhi strettamente

associati e lo scambio avviene attraverso la ricombinazione genetica omologa,

processo che richiede la scissione e la riunione delle catene di DNA

 Questo scambio viene chiamato però anche CROSSING – OVER

 IL crossing ovver non è un processo interamente casuale e in numerosi

cromosomi eucariotici sono stati individuati dei punti caldi

- La ricombinazione omologa svolge tre tipi di funzioni:

1. Contribuisce alla riparazione di diversi tipi di danneggiamento del DNA

2. Rende possibile nelle cellule eucariotiche un contatto fisico tra i cromatidi che risulta critico

per l’ordinata segregazione dei cromosomi nelle cellule figlie durante la prima divisione

meiotica

3. Contribuisce alla diversità genetica in una popolazione

- Come avviene la ricombinazione omologa:

 Come dev’essere la struttura:

 I cromosomi omologhi sono allineati

 Una rottura della doppia elica del DNA viene allargata da una esonucleasi,

lasciando una singola catena con un gruppo ossidrilico libero alla sua estremità

 L’estremità 3’ libera ai attacca al duplex intatto di DNA e ciò è seguito da una

MIGRAZIONE DELLA RAMIFICAZIONE e/o dalla replicazione per creare due

strutture incrociate chiamate giunzioni di Holliday

 Il taglio delle due strutture createsi produce due prodotti completi

ricombinanti

- In questo modello per la riparazione delle rotture della doppia elica l’estremità 3’ viene usata

per iniziare lo scambio genetico

 Si crea una regione di DNA ibrido contenete catene complementari che derivano da

due differenti DNA parentali

 Ciascuna delle estremità 3’ può agire da primer per la replicazione del DNA

 Le strutture create dette intermedi di HOLLIDAY sono caratteristiche del meccanismo di

ricombinazione genetica omologa in tutti gli organismi

- Esistono due modi per scindere l’intermedio di holliday in modo tale che il processo sia

conservativo, cioè in modo tale che i due prodotti contengano gli stessi geni legati nello stesso

ordine lineare dei substrati

 Se l’intermedio viene scisso in un modo il DNA che fiancheggia l’eteroduplex viene

ricombinato

 Scisso nell’altro modo, il DNA non viene ricombinato

- La ricombinazione richiede enzimi specifici e altre proteine

- Molti aspetti del metabolismo del DNA concorrono alla riparazione delle forcelle di replicazione

interrotte

 Le forcelle di replicazione non possono essere riparata dalla DNA polimerasi III che

tende a lasciare la lesione sotto forma di un’interruzione sulla catena singola

 Se la forcella incontra un’interruzione su una catena di DNA si crea un interruzione

nella doppia elica

 Entrambe le situazioni richiedono la riparazione ricombinativa, la riattivazione della

replicazione e la riparazione di ogni lesione lasciata indietro

 Una volta che la forcella di replicazione si è interrotta questa può essere riattivata

attraverso due meccanismi che richiedono ambedue l’intervento dell’enzima RecA

 Il meccanismo di riparazione per le lesioni che contengono interruzione di DNA richiede

anche l’intervento delle proteine RecF, RecO, RecR

 Ulteriori fasi della riconmbinazione sono seguite da un processo detto NUOVO INIZIO

DELLA REPLICAZIONE ORIGINE INDIPENDETE, nel quale la forcella di replicazione viene

riorganizzata grazie all’aiuto di sette proteine che formano il PRIMOSOMA PER LA

PARTENZA DELLA REPLICAZIONE

 La riattivazione della forcella richiede l’intervento anche della DNA polimerasi II

2. RICOMBINAZIONE SITO- SPECIFICA

- Questa determina riarrangiamenti del DNA in punti specifici

- Esempi di questa ricombinazione comprendono:

 La regolazione dell’espressione di alcuni geni

 Stimolazione di arrangiamenti programmati del DNA che avvengono durante lo

sviluppo o nei cicli di replicazione di alcuni DNA virali

- Ogni sistema di ricombinazione sito-specifica è costituito da:

 Un enzima chiamato ricombinasi

 Da una breve sequenza di DNA su cui agisce la ricombinasi

- Una specifica ricombinasi riconosce e lega due siti di ricombinazione su due diverse molecole di

DNA o sullo stesso DNA

- Una catena di DNA in ciascun sito viene rotta in corrispondenza di uno specifico punto in

corrispondenza del sito

- La ricombinasi si lega covalentemente al DNA nel punto di rottura attraverso un ponte

fosfotirosinico

- Il legame transitorio proteina DNA conserva il legame fosfodiestere perso durante la scissione

del DNA

- Le catene di DNA che sono state scisse vengono unite ai nuovi segmenti di DNA formando un

intermedio di Holliday attraverso nuovi legami fosfodiestere creati a spese del legame proteine

–DNA

- Per completare la reazione, il processo deve essere ripetuto in un secondo punto all’interno di

ciascuno dei due siti di ricombinazione

MI SA CHE MANCA UN PEZZO

TRASCRIZONE

- L’informazione per costruire un organismo vivo, da un batterio all’uomo, risiede nel DNA

- L’informazione contenuta nel DNA diventa utilizzabile quando viene espressa sotto forma di RNA e

proteine.

- L’informazione all’interno della doppia elica di DNA è organizzata in tratti definiti, cioè in delle unità

funzionali che codificano ognuna per una proteina: i GENI

- Geni diversi vengono letti con diversa frequenza e anche proteine diverse sono prodotte in quantità

differenti

- La trascrizione trasforma l’informazione contenuta nella sequenza di basi del DNA in una sequenza

di RNA

- L’informazione nella trascrizione passa da una molecola all’altra, cioè da DNA e RNA sempre

costituita da nucleotidi

- DIFFERENZE:

 Lo zucchero è il ribosio invece del deossiribosio

 L’RNA possiede il gruppo ossidrilico in posizione 2’ del pentosio

 Al posto della TIMINA c’è l’URACILE che si accoppia con l’adenina tramite due legami

idrogeno

 Nell’RNA il legame fra nucleotidi è lo stesso di quello nel DNA: cioè è un LEGAME

COVALENTE FOSFODIESTERICO

 L’RNA non fa una doppia elica, ha un filamento unico ed è in grado di adottare tante

conformazioni diverse , grazie ai legami fra le sue basi

 Questa struttura diversa dal DNA gli permette (si piega in tante strutture secondarie) di

svolgere ruoli molto diversi: trasmissione dell’informazione genetica (stampo per fare

proteine), ruoli strutturali e persino ruoli catalitici

 L’RNA ha la funzione sia di informazione che di catalizzazione (esistono RNA catalitici o

ribozimi)

 Esistono tre tipi di RNA:

o . m RNA (RNA messaggero) contiene le sequenze che codificano la sequenza degli

amminoacidi nei polipeptidi

o . t RNA (RNA transfert) legge l’informazione codificata nell’ m RNA e trasferisce

l’appropriato amminoacido alla catena proteica nascente durante la sintesi

proteica

o . r RNA (RNA ribosomiale) si associa a proteine per formare il complesso sistema

che sintetizza le proteine ovvero il RIBOSOMA

- TRASCRIZIONE

 Processo di sintesi di RNA usando come stampo il DNA

 La doppia elica si apre e uno dei due filamenti fa da stampo per l’RNA grazie

all’appaiamento delle basi:

o CATENA STAMPO: catena che serve da stampo per la sintesi dell’RNA

o CATENA NON STAMPO- CATENA CODIFICANTE: la catena complementare alla

catena stampo

 La sequenza di RNA risultante è complementare a quella che fa da stampo

 La sequenza di RNA risultante è identica (tranne U, invece che T) a quella che non si è usata

come stampo

 Il processo è molto simile alla replicazione del DNA: i nucleotidi trifosfato (A, U, C, G)

portano legami ad alta energia, che si usa per la reazione di condensazione (LEGAME

FOSFODIESTERE)

 La catena di RNA si stacca presto dal DNA stampo

 Le catene di RNA, i TRASCRITTI, sono molto più corti che le catene di DNA

 La trascrizione è molto selettiva, vengono trascritti soltanto alcuni gruppi di geni

 L’inizio e la fine dei segmenti di DNA che devono essere trascritti sono indicati da sequenze

regolatorie specifiche

 La trascrizione consta delle fasi di INIZIO, ALLUNGAMENTO E TERMINAZIONE

 La fase di inizio viene divisa:

o Fasi discrete del legame al DNA

o Inizio della sintesi

 La trascrizione NON RICHIEDE un PRIMER come la replicazione

 Gli enzimi responsabili della trascrizione sia in cellule eucariotiche che procariotiche sono

chiamati RNA polimerasi DNA dipendenti (RNA polimerasi):

o Necessitano di uno stampo di DNA (solo una delle due catene viene usata come

stampo)

o Il sito sul quale si lega una RNA polimerasi è chiamata PROMOTORE ( il promotore

contiene anche le informazione che determinano quale dei due filamenti di DNA

verrà trascritto e il sito nel quale inizierà la trascrizione)

 È una regione costituita da specifiche sequenze dette CONSENSO alla quale

si lega RNA polimerasi per iniziare la trascrizione di un gene o più geni

(operone)

 La sequenza consenso rappresenta la successione migliore di basi

riconosciuta dall’RNA polimerasi per legarsi allo stampo e dare avvio alla

trascrizione

 Il promotore segnala:

 Quale dei due filamenti di DNA deve essere trascritto

 Qual è la direzione della trascrizione

 Qual è il sito d’inizio della