Biologia molecolare

Biologia molecolare

La tecnica biologia molecolare nasce da Warren Weaver nel 1938 e definì con questo termine lo studio dei fenomeni biologici a livello molecolare.

Non è del tutto adatta alla definizione odierna di Biologia molecolare.

Biologia molecolare studio della struttura di un gene e della sua funzione a livello molecolare.

Cenni storici

Possiamo far nascere i primi studi sulla scoperta di che cosa sono i geni nel 1866 da Mendel esperimenti di ereditarietà con la conoscenza dell’epoca non si sapeva da cosa fosse costituito questo fattore ereditario.

Poco dopo, nel 1869 Friederich Miescher fece i suoi esperimenti e scoprì che una parte della cellula e una molecola fibrinosa desossiribonucleina (DNA), però ancora non si sapeva che l’ereditarietà fosse dovuta a questa molecola.

Nel 1915 Thomas Hunt Morgan ripeteva gli esperimenti di Mendel e arrivò con alle teorie cromosoniche. Infatti Morgan aveva annunciato la teoria cromosomica della ereditarietà e che i geni erano particelle che i cromosomi sono disposti in una unità lineare sui cromosomi.

(Premio Nobel 1933)

Esperimento di Griffith

Per alcuni anni abbandonato la teoria cromosomica non si sapeva di cosa fossero fatti questi cromosomi. Nel 1928 Griffith prese dei ceppi di batteri da infezioni al pneumococco. Il pneumococco (ceppo virulento) si trovava in capsula (cromosomi) nei ratti avveniva la colorazione indaco che diventavano patogeni; ma i ceppi apogeni ritenevano normale e ratti non diventavano patogeni.

Quindi si capì che l’osservare essere un carattere che veniva prodotto dai pneumococchi morti di tipo S ai pneumococchi vivi di tipo R, però si scoprì questo carattere che veniva passato.

Esperimento di Avery

Nel 1944 Avery e altri questo esperimento e ciò prese l’estratto di pneumococco che si usciava ai coli e si divide in tante aliquote e fece dei trattamenti per eliminare delle macromolecole biologiche e vide che se utilizzava delle proteasi per eliminare proteine, il pneumococco continuava a trasferire questi batteri con caratteristiche infettive; se utilizzava le ribonucleasi per eliminare R”NA” pneumococchi continuavano a trasferire questa carattere infettivo; quando invece utilizzava delle desossiribonucleasi i pneumococchi si usa trasferire al pneumococchi o questo carattere infettivo, quindi conclude che il DNA è la macromolecola che trasferiva questa ereditarietà.

Gli anni '50 e la struttura del DNA

1949 Erwin Chargaff analizza tramite cromatografia su carta la composizione nucleotidica del DNA (A=T; G=C).

1951 Il gruppo di Todd dimostra che nel DNA i nucleotidi sono uniti da legami fosfodiesterici.

1953 James Watson e Francis Crick (Premio Nobel 1962) risolvono la struttura del DNA, interpretando i dati della diffrazione a raggi X ottenuti da Maurice Wilkins e Rosalind Franklin.

1956 Crick enuncia il Dogma Centrale della Biologia Molecolare

• DNA Trascrizione ⇨ RNA Traduzione ⇨ PROTEINA

La regolazione dell'espressione genica è fondamentale per il funzionamento delle nostre cellule.

Struttura di un amminoacido

Atomo centrale di carbonio a cui si legano:

1. Un gruppo carbossilico -COOH
2. Un gruppo amminico
3. Una catena laterale variabile
4. Un atomo di H

Amminoacidi non polari col gruppo R alifatico

• Glicina
• Alanina
• Valina
• Metionina
• Leucina
• Isoleucina

Nucleoside

È uno zucchero legato ad una base azotata tramite il legame glicosidico.

Tra il C1' dello zucchero e l'N1 di una pirimidina o l'N9 di una purina.

Nucleotidi

• 1° fosfato (monofosfato)
• 2° fosfato (di fosfato)
• 3° fosfato (tri fosfato)

Le basi azotate possono presentare delle forme tautomeriche

• Forma chetonica
• Forma enolica
• Forma amminica
• Forma imminica

L’equilibrio è fortemente spostato dalla parte "giusta" ovvero quella che piace al DNA ovvero quella chetonica e amminica.

1 su 10⁵ è la forma sbagliata.

I nucleotidi possono essere uniti tramite legame fosfodiesterico che si fa tra il fosfato in 3' di un nucleotide ed il fosfato in 5' del nucleotide successivo.

Il DNA si polazie in un verso che è 5'->3'.Ciò significa che l’estremità 5' è il primo nucleotide che ha il fosfato 5' e il gruppo 3'.

Negli eucarioti superiori i geni sono più lunghi, perchè contengono introni, sono sequenze che non codificano per le proteine e che devono essere eliminati dall’RNA. Stesso queste sequenze contribuiscono ad aumentare la variabilità del genoma. Queste le sequenze si duplicano dando luogo alla presenza di tante sequenze ripetute, che sono importante per la ricombinazione e per l’insorgenza di un nuovo gene, quindi per l’evoluzione.

Sono classificate una volta come DNA spazzatura. La maggior parte del genoma è fatto da questi e rappresentano degli “elementi trasponibili”, quindi la loro evoluzione dipende dalle retrotrasposizioni, attraverso processi che sono importanti per conservazione delle informazioni cellulari e quindi per la diversificazione delle funzioni cellulari. Sono classificate nel seguente modo:

• Sequenze altamente ripetute (si trovano assieme ai centromeri [2]
• Sequenze in tandem (si trovano assieme ai telomeri che modificano il numero delle funzioni ripetizioni)
• Sequenze LINES (lunghe sequenze intersperse)
• Sequenze SINES (corte sequenze intersperse: esempio Alu: molto importanti per la ricombinazioni, infatti hanno lunga una lunghezza >100 bp quindi si legano con il nucleosoma: molecola di DNA in cui si formano oscillazioni proteiche)
• Elementi unici (costituiti da singole copie di vari geni dispersi)
• Sequenze duplicati (che esistono come copia attiva a livello endogeno oppure exogena attraverso duplicazione).
• Sequenze microsatelliti (le cosiddette sequenze "ruota kappa o eliotropiche") – si trovano assieme alle varianti intervento tra il DNA e le molecole proteiche

I polimorfisimi sono del DNA

Per polimorfismo si intende una variante genetica che deve essere presente almeno nell’1% della popolazione e che si traduce in una variabilità fenotipica.

• Polimorfismo di sequenze che può consistere sia in singola modifica di sequenza oppure due di alterazioni o delezioni inessenziali in tanti organismi.
• Polimorfismo del numero di copie. Esempio il DNA satellite e le triplette geni che quasti tpi di polimorfismi vengono usati nella determinazione di organismi o nella determinazione del DNA di un singolo organismo o genoma (DNA finger print).
• Polimorfismo di varianti strutturali: coinvolgono duplicazioni, inserzioni, delezioni o inversioni di intere regioni cromosomiche.

Il DNA delle cellule eucariote è assemblato nelle strutture.

L’intero DNA di una cellula diploide arriva a raggiungere metà del nucleo. DNA di una cellula diploide arriva un nucleo di diametro di circa 10 schema cioè significa che però l’interno del nucleo il DNA si deve compattare per 10 a più volte, i vari livelli di compattamento sono:

1° livello

Nucleosomi – è costituito da 8 proteine isotoniche proteine che servono per la compattazione del DNA, in modo che i singoli DNA sono avvolti negli ottomeri delle onde che avvolgerebbero questi omocromaggi. Altrimenti si potrebbe compattare il DNA. Un’area core poteva 147 bp, sintetico 11000 altosoma è isolato 6,5 volte.

Tra un nucleosome e l'altro abbiamo una porzione di DNA linker lungo tra 30 e 60 basi. Lunghezza di questo DNA dipende sia dalla sequenza, uno specifico tratto di sequenza.