Biologia

DNA: Storia e struttura

I quattro principali attori nella scoperta della struttura della doppia elica del DNA, grazie a studi di cristallografia ai raggi X nel 1953, furono: Watson, Crick e Wilkins, che hanno ricevuto il Premio Nobel della Fisiologia e della Medicina nel 1962.

Watson e Crick 1953:

Hanno risolto la struttura della doppia elica del DNA utilizzando la regola di Chargaff (quantità di purine = quantità di pirimidine) e i dati di diffrazione dei raggi X generati da Franklin e Wilkins.

Natura del materiale genetico:

L'adenina e la timina si legano grazie a due legami a idrogeno. La guanina e la citosina invece si legano con tre legami a idrogeno. Le molecole delle basi sovrapposte sono attaccate fra loro dalle forze di van der Waals. La struttura del DNA riflette la sua funzione di duplicarsi e trasmettere fedelmente l'informazione genetica.

Struttura:

Il DNA ha una struttura a doppia elica; gli accoppiamenti tra le basi sono A-T e...

G-C; i filamenti complementari sono antiparalleli.

Il sequenziamento del genoma umano è stato fatto il 15 febbraio 2001.

Con questa scoperta è nata la genomica, che propone lo sviluppo e l'applicazione di nuove procedure per la mappatura, il sequenziamento e l'analisi di interi genomi.

La replicazione del DNA per Watson e Crick

I due filamenti della doppia elica parentale si srotolano generando ciascuno un filamento figlio secondo le regole dell'appaiamento. Una molecola di DNA parentale dà origine a due molecole d DNA uguali tra loro e uguali alla molecola parentale. Utilizza quindi una tecnica chiamata duplicazione semiconservativa del DNA.

La veridicità di questo modello è stata dimostrata da Meselson e Stall nel 1958 con un famoso esperimento.

Le DNA polimerasi sono gli enzimi che sintetizzano il nuovo filamento di DNA. La loro caratteristica è che funzionano solo in direzione

5’-3’.I filamenti non seguono entrambi la stessa modalità di replicazione:

• Filamento anticipato procede lineareà
• Filamento ritardato procede in modo discontinuo, grazie ai filamenti di Okazakià

Macchina replicativa funziona grazie a diversi enzimi:

• DNA polimerasi effettua un’attività esonucleasica = aggiunge nucleotidi eliminandoàeventuali nucleotidi errati
• Topoisomerasi diminuisce la tensione nella doppia elicaà
• Primasi RNA polimerasi, sintetizza brevi molecole di innesco a RNAà
• DNA ligasi formano il legame fosfodiesterico tra i frammenti di Okazakià
• Elicasi è l’enzima che rompe i legami a idrogeno fra le basi azotateà

Differenza fra la replicazione negli eucarioti e nei procarioti

I cromosomi assumono stati diversi durante la vita della cellulainterfase ; fase M ; interfaseà

Essi sono osservabili al microscopio solo durante un breve periodo del ciclo cellulare, durante

lamitosi o la meiosi. Nel periodo compreso tra due mitosi successive, l'interfase, il materiale condensato si trova sotto forma di uno stato decondensato, indicato con il termine di cromatina. Negli eucarioti è costituita da DNA, proteine e RNA.

Il nucleosoma è l'unità fondamentale della cromatina ed è costituito da un core proteico, formato da otto proteine istoniche, molto basiche, gli istoni, attorno al quale si avvolge il DNA.

Il cariotipo è l'assetto cromosomico tipico di una specie. Nell'uomo è caratterizzato da 23 coppie di cromosomi: 22 copie di autosomi e 2 cromosomi sessuali XX / XY = determinazione sesso femminile / maschile.

La trascrizione e la traduzione – 8/11

Geni e regolazione dell'espressione genica. La genetica molecolare indaga i meccanismi chimici che permettono l'espressione delle informazioni genetiche di un individuo e la trasmissione dei caratteri ereditari di un individuo ai propri discendenti.

Possiamo vedere come entrambe le cellule presentano gli stessi geni MA in ognuno degli elementi vengono espressi solo alcuni. Questo meccanismo conferisce alle cellule morfologie e funzioni differenti.

Tipologie di geni:

• Housekeeping = devono essere espressi in tutti i tipi cellulari sempre allo stesso livello: fattori di trascrizione generali, enzimi della sintesi di DNA e RNA, actina, istoni ecc.
• Specializzati per tessuti specifici: recettori di membrana, immunoglobine, enzimi specifici.
• Inducibili ad espressione transitoria: fattori di trascrizione, enzimi, mediatori dell'informazione, ormoni ecc.

La trascrizione avviene nel nucleo (procarioti: citoplasma) e ha inizio in un punto ben preciso, chiamato sito promotore = regione a monte di un gene in cui l'RNA polimerasi può attaccarsi a un filamento di DNA per cominciare a copiare l'informazione di geni specifici che devono essere espressi nella cellula in un filamento di

RNA messaggero.mRNA: viene sintetizzata e degradata molto rapidamente, ha dimensioni eterogenee perché dipende da quanto è lungo il gene che deve essere espresso.

L'RNA polimerasi riconosce il sito promotore perché esso presenta delle sequenze specifiche di riconoscimento (consensus) che l'RNA riconosce. Questo succede sia negli eucarioti che nei procarioti, anche se le sequenze possono essere leggermente diverse.

Una volta che l'RNA polimerasi ha riconosciuto il sito promotore, intervengono degli enzimi che rompono i legami a idrogeno tra le basi azotate, in modo da aprire i 2 filamenti di DNA. Entrambi i filamenti possono fungere da stampo per specifici geni, ma non possono essere usati contemporaneamente nella trascrizione: a differenza della replicazione del DNA, viene utilizzato solo un filamento a seconda del gene che si deve esprimere.

Il filamento di RNA messaggero avrà una sequenza identica al filamento che non è

legami aidrogeno, formando delle forcine per renderlo più stabile e quindi evitare che venga degradato, simulando la doppia elica del DNA. una volta finita la sintesi, l’RNA polimerasi e l’mRNA si staccano dal DNA: il secondo vaà nel citoplasma e comincia la traduzione.

Tipologie di RNA trascritti:

• mRNA trascritto di geni che codificano proteineà
• rRNA insieme alle proteine forma i ribosomi: essi leggano il messaggio della sequenzaà nucleotidica per trasformarla in una sequenza amminoacidica
• tRNA posiziona gli amminoacidi durante la traduzioneà
• snRNA vengono coinvolti durante la maturazione dell’RNA eucarioteà
• microRNA vengono coinvolti durante la regolazione post-trascrizionale, stabilizzanoà l’mRNA messaggero sia quando è prodotto sia quando è nel citoplasma e svolge il ruolo della sintesi proteica

Negli eucarioti, alla RNA polimerasi devono unirsi anche i fattori trascrizionali quando devono essere

Espressi geni per tessuti specifici. Può accadere che in 2 tessuti diversi ci sia lo stesso fattore trascrizionale, ma il gruppo di fattori trascrizionali sarà diverso. Le cellule dei diversi tessuti contengono lo stesso DNA ma esprimono diversi geni che determinano la differenziazione della singola cellula del tessuto.

Essendo l'mRNA una molecola facilmente degradabile, deve essere protetta nel passaggio nucleo-citoplasma. Una volta che il primo nucleotide viene sintetizzato, viene aggiunto un cappuccio iniziale di 7-metilguanosina (cap) e un cappuccio finale di poliadenina quando termina la trascrizione.

Anche nei procarioti abbiamo un sito promotore e differenti segnali di terminazione:

• Terminazione p indipendente: si forma una forcina per mezzo di nuovi appaiamenti.
• Terminazione p dipendente: si lega all'mRNA una proteina.

Il processo di splicing. I geni dei procarioti vengono codificati in maniera continua (regione codificante continua).