Biologia e Genetica- Esame completo

ESPREZZIONE GENICA

L'espressione genica è una complessa serie di eventi attraverso cui l'informazione contenuta nella sequenza di DNA è decodificata ed utilizzata per

specificare la costruzione delle proteine di una cellula. Le proteine prodotte influiscono sul fenotipo in modi diversi; questi effetti possono andare da

un tratto fisico prontamente visibile al più fine cambiamento rilevabile soltanto a livello biochimico. La prima tappa di questo processo è la

trascrizione (sintesi delle molecole di RNA complementari al DNA). La seconda tappa è la traduzione durante la quale l'RNA è usato come stampo

per la sintesi del polipeptide.

Trascrizione

Processo tramite il quale viene copiato un pezzo di DNA (un gene) su una molecola di RNA (messaggero). È un processo essenziale negli

eucarioti. Il DNA è nel nucleo, ma le proteine vengono sintetizzate nei ribosomi e quindi l'info deve poter uscire dal nucleo e andare nel citoplasma,

ma il DNA non si muove. Quindi vengono sintetizzate molecole di RNA che è a singolo filamenti e riesce andare nel citoplasma ed essere letto.

È simile al processo di duplicazione ma molto più semplice. Si separano i filamenti (elicasi), RNA polimerasi che anche lui lavora 5' 3', la

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differenza con la DNA polimerasi è quella di non aver bisogno di innesti per cominciare a lavorare. I pezzi di RNA sintetizzati vengono poi rilasciati,

non rimangono li attaccati al DNA.

Esistono più tipi di RNA sintetizzati da diversi tipi di RNA polimerasi: la RNA polimerasi I catalizza la sintesi di vari tipi di molecole di rRNA, che

sono componenti dei ribosomi, la RNA polimerasi II catalizzala produzione di mRNA che codificano le proteine e la RNA polimerasi III catalizza la

sintesi di tRNA. Il tRNA è a singolo filamento ed è quello che trasporta l'aminoacido sul ribosoma ogni tRNA si lega ad uno specifico aminoacido.

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È fondamentale in quanto è in grado di legarsi con un aminoacido specifico e riconoscere sull'mRNA il codone corrispondente a quel determinato

aminoacido.

Le RNA polimerasi richiedono il DNA come stampo e presentano molte somiglianze con le DNA polimerasi. Usano come substrati nucleotidi cont re

gruppi fosfato (ATP e GTP) e rimuovono due dei fosfati per legare le basi nucleotidiche all'RNA è una reazione esoergonica e non richiede

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energia. I due filamenti (RNA e DNA) sono antiparalleli: il DNA è letto n direzione 3' 5', mentre l'RNA è sintetizzato in direzione 5' 3' (come la

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DNA polimerasi)

Promotore: i geni presentano una sequenza che è codificante una proteina o DNA ma hanno anche altre sequenze all'inizio e la fine che sono

regolatrici. Prima dell'inizio hanno un promotore (regione a cui l'RNA polimerasi si lega saldamente e dice alla RNA dove iniziare a trascrivere e che

direzione prendere per legger il gene. Quando la DNA polimerasi ha riconosciuto il giusto promotore, srotola la doppia elica ed inizia la trascrizione.

La sintesi dell'RNA non richiede un primer. Il promotore contiene informazioni che determinano quale dei due filamenti di DNA deve essere trascritto

e il sito da cui iniziare la trascrizione. Esiste almeno un promotore per ogni gene. Dice inoltre quale dei filamenti di DNA leggere e in che direzione.

Un terminatore dice invece basta.

Legame della RNA polimerasi con il DNA. Si lega in punti a caso del DNA e inizia a scorrere il DNA(non sono legati in maniera stabile,

• scorre liberamente cercando un promotore). A questo punto il promotore presenta sequenze specifiche di riconoscimento e l'RNA si lega

in maniera stabile. Dice anche dove andare perchè solo un filamento del DNA porta un info specifica (non senso) della proteina, dall'altra

parte c'è la sequenza complementare (senso l'ordine delle basi sull'RNA finale porterà l'info che avrà questo filamento non copiato

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che ha l'info per la proteina) che non serve. Questa cosa è relativa al gene che stiamo copiando, e non è detto che il filamento copiato

per un gene è quello del gene successivo. Infatti il fatto che un solo filamento venga ttsctitto non significa che lo stesso filamento funga

da stampo per tutta la lunghezzadella molecola di DNA di un cromosoma. Un determinato filamento può fungere da filamento trascritto

per alcuni geni e da filamento non trascritto per altri. Anche l'RNA polimerasi compie errori (più frequentemente rispetto alla DNA

polimerasi) quando sintetizza ma non esistono sistemi di riparazione dell'RNA. Questo perchè un danno all'RNA ha effetto meno gravi, il

DNA è portato dalla cellula per sempre.

Allungamento: la polimerasi aggiunge nuovi nucleotidi al 3' del filamento in via di sintesi. Il nuovo RNA si accresce in direzione 5' 3'.

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il trascritto di RNA è antiparallelo al filamento di DNA stampo. Man mano che la trascrizione va avanti l'RNA polimerasi riavvolge il

segmenti di DNA appena trascritto e svolge il segmento successivo.

Terminazione: L'RNA va avanti fino alla sequenza di terminazione e si stacca fisicamente dal gene (quando riconosce un segnale di

• terminazione che consiste in una serie di specifiche sequenze di basi sul DNA stampo). La fine del gene è caratterizzata da una

sequenza nucleotidica chiamata regione del terminatore. In alcuni casi il trascritto neoformato semplicemente si stacca dal DNA stampo

e dall'RNA polimerasi. In altri casi il distacco richiede l'intervento di una proteina. L'RNA è libero nel nucleo.

Filamento senso (non trascritto) così detto perchè anche se non coinvolto nella trascrizione possiede una sequenza nucleotidica identica a

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quella dell'mRNA.

Filamento non senso (trascritto) la sua sequenza non è quella codificante l'amminoacido ma è il filamento copiato, in quanto la versione

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antiparallela è quella che si troverà sull'mRNA ed è quella che servirà.

La sintesi di un nuovo RNA inizia prima che sia terminata quella precedente. Un DNA da 1500 bp, è trascritto in 50 secondi. Un solo filamento è

trascritto per un dato gene ma il filamento opposto può essere copiato per un altro gene.

Nei procarioti la traduzione avviene contemporaneamente alla trascrizione e inoltre un mRNA trasporta linfo di pià geni mentre negli aucarioti ad un

gene corrisponde un mRNA.

L'mRNA trascritto nei procarioti è subito pronto per essere tradotto mentre negli eucarioti deve essere modificato mentre è ancora nel nucleo.

Questa attività di maturazione è necessaria per produrre un mRNA maturo idoneo ad essere traspotato nel citoplasma e tradotto. Questo processo,

negli eucarioti inizia a 20­30 nucleotidi trascritti.

Ogni aminoacido che forma la proteina è dettato da una sequenza di basi nucleotidiche.

RNA è un trascritto primario che deve essere modificato per poi uscire nel citoplasma e sintetizzare proteine. Esso deve poter essere

maturato nel nucleo e successivamente traslocato nel citoplasma. Nel Gene ci sono inserti di DNA che non codificano per nulla (introni

vs. esoni). Nel trascritto primario questi pezzi sono presenti, nella maturazione si eliminano questi pezzi:

Cap 5': viene aggiunto un pezzo all'inizio del trascritto (cappuccio al 5'): è una molecola (guanina metilata) che si lega al primo

◦ nucleotide dell'RNA, che ha funzioni essenziali: contribuisce alla stabilità dell'RNA senza la quale esso rischia di essere degradato

nel nucleo prima di uscire nel citoplasma perchè instabile. Inoltre è punto di riconoscimento del ribosoma, a cui si lega. Un

ribosoma non può legarsi all'mRNA senza cap 5'.

Splicing: successivamente vengono rimossi gli introni: esistono sequenza all'inizio e alla fine dell'introne (siti di splicing) che

◦ consentono di creare delle strutture in cui l'introne si ripiega su se stesso e degli enzimi (che è formato anche da RNA che

riconoscono i siti di splicing e si chiamano snRNA) lo tagliano via ricucendo gli esoni. In alcuni casi un solo gene può produrre più

proteine attraverso lo slicing alternativo il primo e l'ultimo esone possono essere considerati introni ed eliminati. In questo modo

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si risparmia sull'info genetica. Con un solo gene faccio 4 proteine diverse (elimino il primo esone, l'ultimo, entrambi o nessuno).

Poliadenalinazione: Aggiunta codine di tante adenine: hanno due funzioni la prima garantire la stabilità dell'RNA, la seconda

◦ consente all'RNA di uscire dal nucleo e andare nel citoplasma. È la regione che viene riconosciuta dai trasportatori.

Poliadenilazione e splicing alternativo : lo stesso gene in cellule diverse può essere processato in modo diverso producendo

◦ proteine diverse. In questo modo si risparmiano i geni.

L'RNA messaggero possiede alla sua estremità 5' una sequenza leader non codificante che contiene segnali di riconoscimento per il legame con il

ribosoma che consentono al ribosoma di posizionarsi correttamente per iniziare la traduzione del messaggio. Successivamente si trova il codone di

inizio che indica l'inizio della sequenza codificante alla fine della quale si trova il codone di stop seguiti a loto volta da sequenza di trailing al 3' non

codificanti.

REGOLAZIONE GENICA

ogni cellula ha una forma caratteristica e svolge funzioni specifiche, tuttavia a parte poche eccezioni tutte le cellule di un organismo contengono la

stessa informazione genetica. Come mai allora non sono identiche? Perchè l'espressione dei geni è regolata e in ogni cellula solo parte

dell'informazione genetica totale viene espressa. Le cellule hanno tra loro alcune proteine in comune (le proteine housekeeping manutenzione

ordinaria) mentre altre sono specifiche delle une e delle altre. L'espressione genica è un processo molto selettivo. Alcune strategie usate per la

regolazione dell'espressione genica includono il controllo della quantità di mRNA trascritto, la velocità di traduzione e l'attività della proteina tradotta.

È a diverse fasi: o prima la trascrizione, durante, o nella traduzione ecc.

Rimodellamento della cromatina: L'attivazione trascrizionale di un gene è accompagnata a decondensazione locale della

◦ cromatina che scopre il DNA. Gli istoni si dissociano dal DNA temporaneamente. Intervengono due tipi di complessi proteici: uno si

lega a monte del sito di inizio della trascrizione e disaggrega i nucleosomi per favorire il legame del complesso di inizio. L'altro si

lega una volta che la trascrizione è avviata favorendo il movimento della macchina trascrizionale. Il grado di condensazione della

cromatina è controllato da Acetilazione\deacetilazione degli istoni e da Meilazione del DNA. Se gli istoni suiscono modificazioni che

ne riducono la carica elettrica si staccano dal DNA. Acetilaz