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Appunti DNA E RNA

Appunti di biologia su DNA e RNA basati su appunti personali del publisher presi alle lezioni della prof. Zoppi dell’università degli Studi di Brescia - Unibs, facoltà di Medicina e Chirurgia, Corso di laurea in scienze motorie. Scarica il file in formato PDF!

Esame di Biologia docente Prof. N. Zoppi

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1'--> Lega con la base azotata

3'

5'--> Lega con uno o più residui di acido fosforico. Il legame con l'acido fosforico si crea

una volta legata la base azotata.

Una base azotata è un composto ciclico formato da atomi di azoto. Le basi azotate sono 5

e si dividono in 2 gruppi:

. Purine: Citosina (C) e Timina (T), Uracile (U);

. Pirimidiniche: Adenina (A), Guanina (G);

La differenza è che le pirimidiniche sono anelli di 5 atomi C e N, mentre le purine sono

anelli di 9 atomi di C e N.

Le basi azotate sono l'unica cosa che varia nei nucleotidi.

Zucchero + base azotata = nucleoside.

Nucleosidi

La reazione di condensazione di una di una delle basi azotate che costituiscono gli acidi

nucleici con il ribosio o il desossiribosio forma un nucleoside.

Un nucleoside consiste quindi di una base purinica e pirimidinica legata ad uno zucchero. I

quattro nucleosidi del DNA si chiamano deossiadenosina, deossiguanosina, deossitimidina

e deossicitidina mentre i nucleosidi dell’RNA prendono rispettivamente il nome di

adenosina, guanosina, citidina e uridina.

Nel nucleoside dell’RNA , il Carbonio C-1 del ribosio è legato all’Azoto N-1 di una

pirimidina o all’N-9 di una purina. La configurazione di questo legame N- glucosidico è β

(in quanto la base si trova sopra il piano dell’anello dello zucchero).

In un deossiribonucleoside, il Carbonio C-1 del deossiribosio è legato all’N-1 di una

pirimidina o all’N-9 di una purina. La configurazione di questo legame N-glicosidico è β ( la

base si trova sopra il piano dell’anello dello zucchero) e lo stesso vale per i ribonucleosidi.

Nucleotidi

Un nucleotide è costituito da tre unità strutturali condensate tra loro: una delle 5

nucleobasi, uno zucchero e una o più molecole di acido fosforico.

I deossinucleosidi, per aggiunta di un gruppo fosfato, formano i deossinucleotidi, i

monomeri del DNA, mentre i ribonucleosidi dell’RNA.formano i ribonucleotidi

Un nucleotide prende il nome dal nucleoside che contiene. Per es. l’ adenosina

monofosfato (dAMP) è il nucleotide che contiene adenosina e un fosfato. Un legame

estereo che coinvolge il fosfato è chiamato legame fosfoestereo.

Il nucleotide è quindi l’estere fosforico di un nucleoside. Il sito più comune di

esterificazione nei nucleotidi naturali è il gruppo ossidrile -OH attaccato al carbonio C-5

dello zucchero. Questo composto prende il nome di nucleoside 5’ fosfato oppure 5’-

nucleotide. Ad es. la deossiadenosina 5’ trifosfato (dATP) è un precursore attivato nella

sintesi del DNA.

Un nucleotide è attivato dalla presenza di due legami fosfoanidrilici presenti nelle unità

trifosfato. L’aggiunta di uno , due o tre residui fosforici nella catena produce

rispettivamente i nucleosidi mono, difosfato e trifosfato (NMP, NDP e NTP) che sono

fondamentali nel metabolismo energetico della cellula. I più importanti sono ADP e ATP,

rispettivamente adenosina difosfato e adenosina trifosfato. Il passaggio da tri- a di-

avviene tramite una reazione di idrolisi esoergonica con conseguente liberazione di

energia che la cellula può utilizzare per le sue attività. Ad es. nel caso della

deossiadenosina 5’ trifosfato o dATP che è un precursore attivato del DNA il prefisso “d”

nel dATP indica che lo zucchero è il deossiribosio per distinguere questo composto

dall’ATP in cui lo zucchero è invece il ribosio.

L’ossatura del DNA che è sempre uguale in tutta la molecola consiste di deossiribosi legati

a gruppi fosforici . Esattamente l’OH 3’ dello zucchero di un deossiribonucleotide è unito

all’OH 5’ dello zucchero adiacente da un ponte fosfodiesterico. La parte variabile del DNA

è la sua sequenza di 4 specie di basi (A,G,C,T) . A causa della presenza del residuo

fosforico conferente carattere fortemente acido, ai nucleotidi corrispondenti si da il nome il

nome di acido desossiadenilico o deossiadenilato, acido deossiguanilico o

deossiguanilato, acido deossicitidilico o deossicitidilato e acido desossitimidilico o

deossitimidilato.

Nel nucleoplasma ci sono un mix di nucleotidi liberi. Questi nucleotidi liberi sono dei

trifosfati.

I nucleotidi si legano tra di loro con una regola:

"Il primo si lega al secondo mettendo a disposizione il carbonio 3'.

Il secondo si lega al primo legandosi al carbonio 5'.

In sede 3' si perde l'OH

In sede 5' vengono persi due residui di acido fosforico e si lega l'ossigeno"

Il legame che si crea è detto fosfodiesterico.

Il legame si crea a partire da 3'OH arrivando a 5'P

3'OH-->5'P

Se questa regola viene mantenuta il filamento di DNA si allunga.

Direzione di sintesi del filamento :

5'P-->3'OH

La regola di formazione del filamento di DNA segue apposta la regola di formazione del

legame fosfodiesterico.

Sequenza:

5'-AGCTC-3'

Olinucleotide: Catena di pochi nucleotidi

Il legame fosfodiesterico è un legame esterico tenuto insieme da un residuo di acido

fosforico, che lega HPO con il carbonio 5' dello zucchero.

3

La catena inizierà con un 5'-AGCTC-3'.

La direzione di sintesi del legame fosfodiesterico sarà:

3'OH-->5'P

La direzione di sintesi del legame invece è l'opposto:

5'P-->3'OH

In cui 5' è il fosfato libero.

Le grandi differenze tra DNA e RNA sono:

. Lo zucchero che è un desossiribosio nel DNA, e un ribosio nell'RNA. Questo è dato dalla

presenza dell'H in sede 2' (DNA) o dall'OH sempre nella medesima posizione (RNA).

. L'uracile dell'RNA sostituisce la timina del DNA.

Il DNA è un doppio filamento formato da filamenti anti-paralleli. La doppia elica è costituita

da:

. Uno scheletro più esterno formato da zuccheri legati tra loro con legami fosfodiesterici.

Questa è la parte più idrofila del DNA.

. La parte più interna, invece, è idrofobica ed è rappresentata da strutture chiamate coppie

di basi. Queste nascono dall'unione della base azotata di un filamento, con una base

azotata del filamento antiparallelo. L'unione è possibile grazie a dei legami a idrogeno

( fragili ).

Ogni coppia di basi deve stare dentro il diametro della doppia elica, ossia 2 nm. In questi

2 nm le basi sono sempre una purica e una pirimidina. Due pirimidine infatti ( anelli da 6)

sarebbero troppo piccole, mentre due purine (anelli da nove) sarebbero troppo grandi.

Regola della complementarità delle basi o di Watson e Crick

Tra adenina - timina ci sono due legami ad idrogeno.

Tra citosina - guanina ci sono tre legami a idrogeno.

Le regioni di DNA che sono più ricche di adenina-timina richiedono una maggiore energia

per rompere i legami a idrogeno rispetto alla porzione più ricca di citosina-guanina ( A

parità di lunghezza). Questo è ovviamente dovuto al fatto che due legami a idrogeno sono

meno forti rispetto che tre.

Il contenuto di T=A;

Il contenuto di G=C

Questo permette il mantenimento dell'informazione genetica.

Le molecole di DNA hanno forme diverse:

1) Quella del nostro DNA, o di quello di tutti gli eucarioti, è un doppio filamento lineare con

due estremità.

2) Nei batteri e nei virus è un doppio filamento circolare.

3) Alcuni virus hanno un filamento circolare singolo.

La nostra molecola di DNA deve essere super avvolta. Quando il DNA è super avvolto si

formano i cromosomi. 9

Il nostro DNA è formato da 6x10 coppie di basi, per un totale di 2m di lunghezza. Questo

9

non vale per le cellule gametiche, le quali hanno 3x10 coppie di basi, per un totale di 1m

di lunghezza.

Le cellule gametiche o aploidi contengono 22 000 informazioni genetiche che vengono

rappresentate una volta sola.

Le cellule somatiche o diploidi contengono 2 coppie dela medesima informazione

genetica, derivanti dai genitori. Nelle cellule somatiche il DNA è organizzato in 46

cromosomi (23 maschili e 23 femminili).

I cromosomi sono numerati:

. I cromosomi gametici sono numerati dall' 1 al 23. I primi 22 sono detti autosomici, il 23° è

chiamato eterosomico o cromosoma del sesso. Nelle femmine è il cromosoma x, mentre

nei maschi è il cromosoma y

. I cromosomi somatici sono 23 coppie, ossia 1 maschile e 1 femminile ( sono uguali). Si

definiscono come coppia 1, coppia 2 ecc...

Queste coppie sono omologhe, ossia che contengono la stessa informazione genetica.

Per accorciarsi il DNA sfrutta la caratteristica di essere una molecola acida o

elettronegativa. Questo status è conferito da i due residui di acido fosforico.

Il DNA riesce a catturare molecole basiche cariche positivamente, gli istoni. Ogni istone è

composto da un complesso di proteine istoniche, ben 8:

. 2x H2A

. 2x H2B

. 2x H3

. 2x H4

L'unione di queste otto proteine formano il core istonico su cui il DNA si avvolge due

volte.

Nucleosoma--> E' il complesso formato dal core isonico e 146 coppie di nucleotidi di

DNA.

Il DNA poi assume una struttura definita a collana di perle, la quale permette al filamento

di accorciarsi 6-7 volte, causando però un aumento di diametro da 2 nm a 10 nm.

Questa struttura può essere accorciata di ulteriori 7 volte, quando il DNA libero entra a

contatto con l'istone H1 il quale attrae tutti gli altri istoni.

Questo tipo di struttura si definisce solenoide e porta il diametro a 30 nm.

C'è da ricordare che più il DNA è condensato meno sarà capace di trascrivere per la

sintesi proteica. Ovviamente esiste un modo per scondensare il DNA prima della

trascrizione. Questo è possibile aggiungendo alle proteine istoniche (positive) delle cariche

negative, che causeranno lo staccamento degli istoni dal filamento.

Ovviamente questo processo non avverrà per tutta la molecola di DNA, ma solo per la

regione contenente l'informazione genetica che serve.

Le regione, che subendo questo processo, passano da 30 nm a doppio filamento sono

dette regioni eucromatiche.

La stato di condensazione del DNA non finisce con i 30 nm, infatti si può raggiungere un

ulteriore struttura chiamato DNA metafasico, la quale è possibile grazie a due proteine

basiche. Questa forma porta il DNA in una condizione di totale impossibilità ad essere

trascritto.

. La prima proteina porta il DNA a un diametro di 300 nm.

. La seconda proteina porta il DNA a un diametro di 700 nm.

Il cromosoma metafasico non si vede mai, neanche quando la cellula è in divisione. Si può

vedere solamente la coppia.

I cromatidi fratelli derivano da un processo di replicazione del DNA e contengono le

medesime informazioni genetiche. Nel momento in cui la cellula è in fase di divisione il

patrimonio diventa tetraploide (quattro copie).

Questo ovviamente a causa della replicazione del doppio filamento.

Nel cromosoma semplice o non replicato il cromatido è formato da una doppia elica di

DNA.

Nel cromosoma dopo la divisione ci sono sempre due cromatidi.

Prima della replicazione:

. n cromatidi = n cromosomi (46)

Dopo/durante la replicazione :

. n cromatidi diverso da n cromosomi

Cromatidi = 92

Cromosomi =46

I cromosomi hanno delle strutture caratteristiche:

1. Centromero: Regione di DNA che si posiziona circa centralmente ed è una regione

sempre iper condensata a causa della mancanza di informazioni genetiche.

In un cromosoma non replicato vi sarà un braccio corto e uno lungo.

Nel cromosoma replicato il centromero fa da giunzione tra i due cromatidi, i quali si

divideranno longitudinalmente.

2. Telomeri: I telomeri sono le estremità di un cromosoma. In un cromosoma non replicato

sono due, mentre in un cromosoma replicato sono quattro.

Solitamente non contengono informazioni genetiche, ma ci sono cinque eccezioni, in cui i

telomeri sono occupati da informazioni genetiche per la sintesi di rRNA.

Queste telomeri nel nucleo si avvicinano per formare una o due regioni chiamate nucleolo.

Questi infatti sono le regioni organizzatrici dei ribosomi.

RNA

E' una molecola acida a singolo filamento formata da monomeri.

AMP--> Adenosina mono fosfato

GMP--> Guanina mono fosfato

CMP--> Citosina mono fosfato

UMP--> Uracile mono fosfato

I nucleotidi dell'RNA si chiamano ribonucleotidi

Gli accoppiamenti sono :

. A-U

. G-C

Ciò che rende il ribosio dal desossiribosio è il gruppo del carbonio 2', che lega, al posto di

un H, con il gruppo ossidrilico OH.

La molecola di RNA ha un'emivita più breve di quella di una molecola di DNA, si parla

infatti di qualche ora.

Il gruppo OH, è ciò che contraddistingue il ribosio dal desossiribosio, per il resto i due

zuccheri risultano identici.

I ribonucleotidi liberi nel nucleo sono trifosfati ( 3 sedui di acido fosforico).

Quando i ribonucleotidi si legano perdono 2 gruppi fosfati e si legheranno nello stesso

modo del DNA, ossia con un legame fosfodiesterico.

Anche l'andamento della molecola sarà uguale.

C'è la possibilità che la molecola di RNA contenga nella propria sequanza delle regioni

palindromiche, ossia sequenze di nucleotidi che se lette in direzioni opposte risultano

complementari.

Queste regioni possono avvicinarsi e unirsi con un legame ad idrogeno (Ciò non implica

che l'RNA sia un doppio filamento), creando delle regioni in cui l'RNA è più stabile e meno

facilmente degradabile.

Le sequenze palindromiche regolano l'emivita dell'RNA.

Esistono molti tipi di RNA, ma i principali sono quattro:

. RNA ribosomico o ribosiomale (rRNA) 80%

. RNA trasfer o di trasferimento (tRNA) 15%

. RNA messaggero (mRNA) <5%

. Piccoli RNA nucleari o RNA della serie U <1%

L'mRNA è l'unico RNA che va in sintesi proteica.

rRNA, tRNA e RNA della serie U non vanno in sintesi proteica, ma l'rRNA e tRNA agiscono

nella sintesi proteica, mentre l'RNA della serie U serve a modifica gli RNA messaggeri

prima di uscire dal nucleo (Splicing).

In biologia molecolare e in genetica, lo splicing dell'mRNA è una modifica del nascente

pre-mRNA che avviene insieme o dopo la trascrizione, nella quale gli introni sono rimossi

e gli esoni vengono uniti. Ciò è necessario per il tipico RNA messaggero prima che possa

essere usato per produrre una corretta proteina tramite la traduzione o sintesi proteica.

Esistono 4 tipi di rRNA e si differenziano per la lunghezza e per i nucleoti che li

compongono:

. 28 S

. 18 S

. 5.0 S

. 5.8 S

Ribosoma

Il ribosoma è fatto da una subunità minore e una subunità maggiore. La sub unità minore è

formata da una 1 dei tipi di rRNA, mentre la seconda sub unità è formata dai 3 restanti.

L'unione dei 4 rRNA più le proteine ribosomali formano le sub-unità.

Le si formano nel nucleo ed escono per poi finire su la membrana del reticolo

endoplasmatico.

Una volta unite lasceranno un foro che servirà da passaggio per l'mRNA. L'mRNA darà le

informazioni per sintetizzare la proteina, e una volta pronta questa uscirà da un altro foro.

All'interno del ribosoma ci sono due tasche, le quali contengono tRNA che ha il compito di

procurarsi gli amminoacidi per la sintesi proteica.

Esistono 40-50 tipi di transfert, e ognuno è specifico per un amminoacido diverso.


PAGINE

25

PESO

1.21 MB

PUBBLICATO

9 mesi fa


DETTAGLI
Esame: Biologia
Corso di laurea: Corso di laurea in scienze motorie
SSD:
Università: Brescia - Unibs
A.A.: 2018-2019

I contenuti di questa pagina costituiscono rielaborazioni personali del Publisher gabriele.pagani1997 di informazioni apprese con la frequenza delle lezioni di Biologia e studio autonomo di eventuali libri di riferimento in preparazione dell'esame finale o della tesi. Non devono intendersi come materiale ufficiale dell'università Brescia - Unibs o del prof Zoppi Nicoletta.

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