Biologia e Genetica

RNA

L’RNA si distingue dal DNA innanzitutto perché:

Non è a Doppio filamento ma a singolo filamento

 Al posto della timina, l’adenina si lega con l’uracile

 Al posto del desossiribosio, presenta come zucchero il ribosio



Non ha dunque interazioni con altri filamenti, ma le uniche interazioni sono quelle intramolecolari, cioè che

lo stesso filamento a volte si avvolge e forma delle complementarietà tra le basi del filamento stesso. L’RNA è

importante perché è una struttura più semplice rispetto a quella del DNA, tant’è che quando la vita si è

cominciata a formare sul nostro pianeta, l’informazione genetica non si basava sul DNA quanto sull’RNA.

Appunti di Milazzo Antonella Skuola.net Non Copiare. Non divulgare

Lo zucchero dell’RNA, il ribosio, come già detto precedentemente ha un gruppo OH, che dal punto di vista

chimico è molto più reattivo rispetto l’idrogeno, e questo faceva si che l’RNA era molto più sensibile a

reazioni chimiche, comprese reazioni di frammentazioni. L’informazione genetica contenuta al suo interno

non poteva considerarsi tale: a poco a poco si è preferito quindi passare da un’informazione basata sull’RNA

ad un’informazione basata sul DNA. Tuttavia l’RNA è rimasto come molecola intermediaria.

Esistono diversi RNA.

Appunti di Milazzo Antonella Skuola.net Non Copiare. Non divulgare

4. DNA, Cromatina e Cromosomi.

All’interno del nucleo della cellula eucariotica, o nel nucleoide della cellula procariota, sono delle regione

dove è conservato e mantenuto integro il DNA. La dimensione del DNA è di centinaia di volte maggiore di

quella del nucleo o del nucleoide, per questo ci si è chiesti come fosse possibile che delle molecole così

lunghe potessero essere impacchettate all’interno di regioni così piccole.

Si è risposto che si hanno tanti ripiegamenti, in modo tale da essere compattato. I principali responsabili del

compattamento del materiale genetico sono le proteine. Esse, in particolare parliamo degli istoni nelle cellule

eucariotiche, provvedono a questo compattamento del DNA.

Nell’uomo, il DNA è lungo circa 3 miliardi di nucleotidi, nella forma diploide, e i nucleotidi sono separati in 23

coppie di cromosomi. Il cromosoma in realtà è solamente l’ultima del fenomeno di impacchettamento del

DNA. Il DNA normalmente, all’interno del nucleo delle nostre cellule si trova sotto forma di cromatina, un

insieme di DNA più proteine istoniche e proteine non istoniche.

Le proteine istoniche, sono proteine direttamente deputate all’impacchettamento del DNA

 Le proteine non istoniche sono invece proteine che interagiscono con il DNA per svolgere altre

 funzioni, per esempio la RNA polimerasi viene considerato come proteina non istonica perché è la

proteina che nel nucleo interagisce con il DNA per provvedere alla trascrizione.

Le proteine istoniche

Le proteine istoniche sono delle proteine molto importanti sia per il fatto che sono evolutivamente

conservate, cioè si ritrovano tali e quali a partire da sequenze amminoacidiche dal più piccolo organismo,

fino ad arrivare all’uomo.

Sono delle proteine basiche, cioè che a pH fisiologico si ritrovano sotto forma di cariche positive,

 date dalla grande quantità di amminoacidi basici (lisina e arginina), presenti all’interno degli istoni. Il

DNA è carico negativamente e facilmente interagisce con le cariche positive degli istoni.

Possono essere suddivise in due classi:

 La differenza principale nelle due classi di istoni consiste nelle funzioni che devono svolgere. Gli

istoni di classe 1 vanno a interagire tra di loro per andare a formare una struttura, detta ottamero di

istoni, con una tetrade formata dalla classe 1 e l’altra tetrade identica. L’ottamero di istoni

rappresenta il core, a livello del quale si avvolge il DNA per 146 basi circa (un giro e tre quarti).

L’insieme di DNA avvolto per basi bloccato da questi istoni, prende il nome di nucleosoma. Il

nucleosoma è l’unità di base della cromatina.

L’istone H1 è un istone che si interpone tra un nucleosoma ed un altro e agisce a livello del DNA

linker, DNA nudo che non interagisce con nessuna proteina, determinando un raccorciamento del

DNA, che si ripiega. Come conseguenza si ha un impacchettamento maggiore del DNA.

Tale struttura formata da nucleosoma-DNA linker- Nucleosoma, prende il nome di struttura a collana

di perle, perché proprio richiama molto spesso una collana di perle, che non è però sufficiente per

poter compattare il DNA all’interno del nucleo.

Appunti di Milazzo Antonella Skuola.net Non Copiare. Non divulgare

La cellula allora utilizza l’istona H1, che permette un accorciamento ulteriore del DNA e si passa dalla

collana di perle, con un diametro di circa 10 nanometri, ad una fibra che prende il nome di fibra 30

nanometri, la quale è dovuta all’azione dell’istone H1. Ciò ancora non è sufficiente per fare entrare il

DNA all’interno del nucleo. In realtà quello che avviene è che questa fibra interagisce con uno

scheletro proteico presente nella matrice del nucleoplasma a livello della quale la fibra si interdigita e

andando a formare una cromatina che è più facilmente richiudibile all’interno del nucleo. Si passa da

uno spesso di 30 nanometri ad uno dieci volte di più, 300 nanometri.

Si passa dai 300 nanometri ai 700 fino ad arrivare al cromosoma vero e proprio. Il DNA nella cellula è

in stato assolutamente variabile, nel senso che a seconda dello stadio di sviluppo dell’organismo e a

seconda dello stato del ciclo cellulare, il DNA si può trovare più o meno compattato.

Quando è meno compattato, il DNA è più facilmente approcciabile dalle proteine non

 istoniche.

Quando il DNA è più compatto è trascrizionalmente meno attivo.



Quando passiamo a livello del cromosoma che si raggiunge solo durante alcune fase del ciclo cellulare,

ovvero durante la divisione cellulare e durante la metafase della mitosi, in questo momento la cromatina non

è trascrizionalmente attiva.

Al DNA si aggiungono gli istoni immediatamente dopo che il DNA viene duplicato perché durante la

duplicazione, la fase S che precede la mitosi, il DNA deve essere accessibile alla DNA polimerasi e se è

accessibile quando è compattato allo stesso modo lo è quando è decompattato, quando perde interazioni

con gli istoni.

La differenza fondamentale tra cromatina decompattata e compattata sta anche da un punto di vista

nomenclaturale:

Si parla di eucromatina nel caso in cui la cromatina è decompattata ed è trascrizionalmente attiva

 Si parla di eterocromatina quando la cromatina è molto compatta e trascrizionalmente inattiva.



Le cellule non hanno sempre dei tratti di genoma eucromatici e altri sempre eterocromatici ma in realtà

l’eucromatina in alcuni casi può essere tale, in altri casi uno stesso tratto di genoma può diventare

eterocromatina, e viceversa. Per quanto riguarda l’eterocromatina, questa si distingue in due classi:

Eterocromatina costitutiva = tratti di genoma, tipicamente quelli a livello dei centromeri o alle

 estremità telomeriche, e sono regioni in cui vi è solo e sempre eterocromatina.

Eterocromatina facoltativa = rappresenta quelle regioni di genoma che in alcuni momenti della vita

 della cellula sono tracrizionalmente inattive, in altri momenti sono attive.

Ci sono diversi meccanismi che permettono il passaggio dallo stadio eucromatico allo stadio eterocromatico:

tipicamente uno di questo consiste in modifiche post traduzionali degli istoni. In particolar modo, tra le varie

modifiche, lo stato di acetilazione degli istoni è critico: in realtà lo stato di acetilazione si integra con altre

modifiche post traduzionali, come la metilazione.

L’acetilazione

Acetilazione vuol dire aggiunta di gruppi acetili mentre la metilazione aggiunta di gruppi metilici. I due

linguaggi sono assolutamente integrati e si viene a formare una sorta di codice. Tipicamente nell’acetilazione

degli istoni, i gruppi acetilici da un punto di vista chimico sono carichi negativamente mentre gli istoni sono

carichi positivamente: quando si aggiunge un gruppo negativo agli istoni, questo è attratto, da questa carica

negativa, così che l’istone tende a distaccarsi dalla carica negativa principale a cui si era legato, ovvero il

DNA. Come conseguenza si ha che quando gli istoni sono acetilati si passa da uno stadio eterocromatico,

dove gli istoni sono più compattati con il DNA, ad uno stadio eucromatico.

Appunti di Milazzo Antonella Skuola.net Non Copiare. Non divulgare

Quando parliamo di de-acetilazione avviene esattamente l’opposto, cioè si ha nuovamente un

compattamento degli istoni e quindi un passaggio dall’eucromatina all’eterocromatica. Questi passaggi sono

possibili grazie a degli enzimi che prendono il nome di istone acetilasi o istone de acetilasi.

La metilazione

La metilazione funziona esattamente come la de acetilazione. Quando gli istoni sono metilati, si ha un

passaggio dall’eucromatina all’eterocromatina; se gli istoni sono de metilati si ha il passaggio

dall’eterocromatina all’eucromatina.

La fosforilazione e l’ubiquitinazione sono altri meccanismi di cui però non si conosce l’effetto finale in termini

di eucromatizzazione o eterocromatizzazione.

Il cromosoma

Si definisce cromosoma una struttura molto compatta e colorabile, visibile al microscopio ottico durante la

divisione cellulare, in particolare durante la metafase, quando viene raggiunto il massimo livello di

compattamento della cromatina (spesso circa 1400 nanometri)

In altri termini il cromosoma può essere definito come la cromatina al massimo stadio di compattamento.

I cromosomi sono visibili durante la metafase della mitosi: in questo stadio i cromosomi possono essere

isolati come cromosomi veri e propri da linfociti che vengono messi in coltura a partire da un prelievo fatto

ad un paziente (vengono poi trattati con un veleno per le cellule, la colchicina, che ha un potere di

depolimerizzazione nei confronti dei microtubuli del fuso mitotico.) tutte le cellule vengono bloccate in

metafase, la fase al massimo stadio di compattamento. I linfociti vengono lisati per shock osmotico, vengono

prelevati i cromosomi e si fa quello che viene definito il cariotipo.

L’analisi viene sfruttata non solo per evidenziare

delle mutazioni geniche e cromosomiche ma anche

per andare ad individuare quelle che possono

essere delle micro delezioni o micro amplificazioni

a livello di regioni specifiche del cromosoma.

Questo metodo è quasi del tutto