Appunti riassunti e sistemati per esame di Biologia

Il cariotipo umano

È composto da 22 coppie di autosomi e 2 cromosomi (eterosomi) sessuali XX nella femmina e XY nel maschio. Nel genoma umano il DNA, quindi l'informazione genetica è organizzata in molecole che sono cromosomi ed ogni cromosoma è presente in coppia, in due esemplari identici. Nella specie umana, tutte le cellule sono diploidi, tranne i gameti: nelle cellule diploidi ogni cromosoma è presente in 2 esemplari, mentre le cellule aploidi hanno solo una copia del cromosoma. Il numero di cromosomi tipico della specie si ripristina con la fecondazione, che dà origine a una nuova cellula diploide, chiamata zigote, dalla quale si svilupperà il nuovo individuo.

I cromosomi e l'organizzazione del DNA in cromatina:

Per risiedere all'interno del nucleo il DNA si compatta intorno a delle strutture proteiche, chiamate istoni e non istoni. Si tratta di una struttura ripetuta detta "in cromatina" che riguarda il

DNAcomplessato alle proteine istoniche. Inizialmente il DNA è nudo, è composto dai due filamenti ovvero dalle basi azotate giustapposte che formano la doppia elica destrorsa. C'è un primo stadio di compattamento del DNA, chiamato "A filo di perle" che è dato dai nucleosomi: formati da un ottamero di istoni uguali 2 a 2: -2 molecole di H2A, -2 di H2B, -2 di H3 e -2 di H4 attorno ai quali si avvolge un filamento di DNA contenente circa 146 basi azotate ovvero nucleotidi che compie due giri (superavvolgimento). Il secondo livello di compattamento è una struttura a solenoide data dall'interazione tra istone H1, situato sulla regione "linker" ed il DNA, che permette la condensazione dei nucleosomi in fibre da 30 nm. Il terzo livello di compattamento è chiamato scaffolding ed è una fibra da 300 nm. Il quarto livello cromatidi 700 nm quinto livello cromosomi 1400 nm. -REPLICAZIONE del DNA (FASE S CICLO CELLULARE) Il processo di

La replicazione riguarda l'intera molecola di DNA e descrive la fase in cui il DNA si duplica riproducendo una copia fedele di sé stesso. È un processo finalizzato alla proliferazione cellulare affinché le nuove cellule vengano in possesso del patrimonio genetico completo avendo molecole identiche a quella parentale.

Il DNA è costituito da una struttura a doppio filamento, detta ad elica, quindi durante la replicazione, l'enzima elicasi svolge la struttura ad elica e rompe i legami a idrogeno: i due filamenti si separano e ognuno funge da stampo all'altro (Meselson Stahl) per la produzione della sua controparte complementare. La duplicazione inizia contemporaneamente su entrambi i filamenti. Questa replicazione è detta semiconservativa perché la nuova elica sarà composta da un filamento vecchio ed uno appena sintetizzato.

Per sintetizzare il DNA sono richiesti:

• i 4 diversi nucleotidi che vengono inseriti nella catena nucleotidica

nascente-un complesso innesco-stampo. Per far avvenire la sintesi opera un complesso di enzimi (DNA polimerasi) che non può sintetizzare filamenti dal nulla ma può soltanto aggiungere nucleotidi ad un filamento preesistente quindi c'è bisogno della rna primasi che sintetizza un filamento di rna complementare allo stampo, detto innesco o primer al quale la dna polimerasi aggiunge nucleotidi del nuovo filamento di DNA partendo da quello stampo. Le DNA polimerasi hanno un'attività correttiva 3' - 5' (PROOFREADING) esonucleasica. Dopo che il nucleotide viene inserito, la dna polimerasi effettua un controllo e qualora il nucleotide inserito sia sbagliato, la dna polimerasi rompe il legame fosfodiesterico ed elimina il nucleotide inserendo quello corretto. La mutazione, quindi la sostituzione di un nucleotide con un altro ha un impatto che altera la funzione della proteina codificata da quel gene, manifestando sintomi di patologie. Per di piùle mutazioni sono ereditabili e vengono tramandate. L'ultimo nucleotide del primer ha sullo zucchero un gruppo ossidrile in posizione 3' che reagisce con il gruppo fosfato in posizione 5' dello zucchero legato al nucleotide che viene aggiunto, si forma il legame fosfodiesterico da cui si sintetizza il filamento complementare a quello stampo. Il nucleotide è stabilito dalla regola di appaiamento delle basi azotate per complementarietà. Ogni volta che la DNA polimerasi aggiunge un nucleotide in direzione 5' e 3' ma non viceversa la forcella replicativa è asimmetrica e i nuovi filamenti vengono assemblati in modo diverso: solo un filamento, detto filamento guida o veloce o continuo (LEADING STRAND), viene replicato in modo continuo, mentre la sintesi sul filamento complementare è discontinua ed il filamento è detto in ritardo o lento (LAGGING STRAND frammento di Okazaki). Una porzione del filamento in ritardo è ora completa eLa sintesi continua con la sintesi di un altro frammento di Okazaki. È una complicazione inevitabile dovuta al fatto che i 2 filamenti sono antiparalleli. I primer, sequenze di RNA, vengono sostituiti con sequenze di DNA sintetizzato dalle DNA polimerasi. Poi la DNA ligasi unisce i frammenti neosintetizzati creandone uno unico. Con la rimozione dell'innesco, poiché rappresentava un'estremità, ad ogni replicazione il cromosoma si accorcia leggermente perché le sue estremità non vengono replicate. Questo avviene perché la DNA polimerasi non può sintetizzare in direzione 3'-5' e quindi non ha modo di riempire il vuoto lasciato dall'innesco una volta che esso viene rimosso, non so se fosse già implicito. Fortunatamente le estremità dei cromosomi, dette TELOMERI, sono costituite da sequenze nucleotidiche che non corrispondono a geni e non codificano per proteine ma sono sequenze di riserva per cui non si.perde alcuna informazione genetica. È un processo che non può continuare all'infinito perché prima o poi si arriverebbe alle porzioni del cromosoma che contengono geni. C'è un limite al numero di volte che la cellula si può duplicare. Per ovviare a questo esistono degli enzimi detti telomerasi che si occupano di ripristinare porzioni di telomeri. Così, alcune cellule possono proliferare a vita. CORREZIONE DEGLI ERRORI DI DUPLICAZIONE DEL DNA: Le cellule dispongono di 3 meccanismi di riparazione: 1) correzione di bozze che corregge gli errori man mano che la DNA-polimerasi li compie; 2) riparazione delle anomalie di appaiamento, che esamina il DNA subito dopo la duplicazione e corregge gli appaiamenti sbagliati 3) riparazione per escissione che rimuove le basi anomale sostituendole con basi funzionali. IL CICLO CELLULARE Il ciclo cellulare è suddiviso in: - INTERFASE: fase G1, fase S (duplicazione), fase G2 - FASE M (mitosi) Dopo la fase M la

cellula può rientrare in interfase e ripetere le fasi. Ogni divisione cellulare necessita che l'intero genoma si sia precedentemente duplicato. Durante l'interfase il DNA non è organizzato in cromatina. La fase di duplicazione del DNA delle cellule eucariote è detta fase S del ciclo cellulare (SINTESI) ed avviene prima della mitosi per far sì che le cellule figlie ereditino esattamente una copia del patrimonio genetico della cellula madre. In questa fase la cellula non deve essere compattata in cromatina perché i filamenti devono essere accessibili quindi servono proteine che svolgono l'elica e distanziano i filamenti. Nella fase M (MITOSI) le molecole sintetizzate devono essere distribuite fra le due cellule figlie, ed è più conveniente che il DNA sia compattato perché i filamenti sono più corti e più facilmente trasferibili alle cellule figlie. Quando ogni organismo viene generato a partire da una cellula

, dopo la fecondazione inizia la divisione cellulare e la duplicazione del DNA, con una certa regolarità, che solitamente consiste in un massimo di 36 ore durante le prime fasi di sviluppo. TRASCRIZIONE: L'informazione genetica contenuta nel DNA viene trascritta in una molecola complementare di RNA. È finalizzato alla sintesi di proteine. Solo uno dei due filamenti funge da stampo (codificante) sulla base dell'appaiamento per basi azotate, mentre l'altro viene identificato come filamento non codificante. DIFFERENZA TRA REPLICAZIONE E TRASCRIZIONE: La replicazione riguarda l'intera molecola di DNA, il DNA deve copiare fedelmente se stesso, nella sua interezza. La trascrizione è un processo regolato, solo alcuni geni vengono trascritti. FASI DELLA TRASCRIZIONE: 1. INIZIO DELLA TRASCRIZIONE: la sintesi della molecola di RNA inizia quando l'RNA polimerasi si lega al promotore ed utilizzando il

filamento stampo inizia ad allungare i filamenti del DNA. Nonessendo da sola in grado di sintetizzare ad elevati livelli, la RNA- polimerasi si coadiuva di fattori ditrascrizione che riconoscono appunto i promotori che a loro volta marcano il sito di inizio dellatrascrizione, ed il promotore è una regione caratterizzata dalle sequenze nucleotidiche di DNAche hanno lo scopo di orientare l'RNA-POLIMERASI nel processo di trascrizione.

2. ALLUNGAMENTO DEL TRASCRITTO: l'RNA-POLIMERASI aggiunge nucleotidi all'estremità 3' eproduce il trascritto di RNA sul filamento stampo del DNA producendo un IBRIDO RNA-DNA.

3. TERMINAZIONE: quando l'RNA-POLIMERASI raggiunge il sito di terminazione, il trascritto di RNAviene liberato dallo stampo perché si stacca ed è completo. È un processo altamente regolato, in cui solo alcuni geni contenuti nel DNA vengono trascrittiquindi usati per sintetizzare proteine (3%), in base ad esigenze fisiologiche.

garantendo che unacellula possa corredarsi delle proteine di cui ha bisogno: questo non vuol dire che il corredoproteico delle diverse cellule è assolutamente diversificato, perché ci sono dei geni chiamati genihouse keeping che sono espressi in tutte le nostre cellule, ci sono alcune proteine, come quelleche formano il citoscheletro, che fanno parte di un corredo comune a tutte le nostre cellule quindi sono in possesso della stessa informazione genetica ma vengono espressi i geni che codificano proteine rilevanti alla funzione che quella cellula deve svolgere.

La trascrizione serve anche a sintetizzare RNA che si dividono in:

• Gli RNA codificanti, o messaggeri, che codificano per delle proteine, specificano la sequenza amminoacidica di una data proteina, veicolando l'informazione grazie al codice genetico. Sono intermediari utilizzati durante la sintesi proteica. Infatti a delle triplette di RNA messaggero vengono appaiati degli amminoacidi.
• Gli RNA non codificanti non

codificano per proteine ma hanno un ruolo fondamentale nel sistema nervoso.

ESPRESSION