Biologia molecolare

Biologia molecolare dell'esercizio

Plasticità muscolare

La ripetizione di stimolazione in acuto porta a modificazione stabile. Lo stimolo esercizio modifica la conformazione del DNA (non la sequenza). Se la patologia non coinvolge in senso stretto il genoma ma come il genoma viene utilizzato, il malfunzionamento del programma genetico può essere modificato con lo stile di vita.

Acidi nucleici

DNA - Deossiribosio + base azotata (purine: adenina, guanina; pirimidine: citosina, timina) + gruppo fosfato

RNA - Ribosio + base azotata (purine: adenina, guanina; pirimidine: citosina, uracile) + gruppo fosfato

Legame fosfodiestere: legame tra nucleotidi. La formazione del legame prevede la rottura del ponte del gruppo fosfato e la pirofosfatasi dei due gruppi fosfati che si staccano.

Struttura primaria del DNA

Le due catene del DNA sono unite da:

• Ponti idrogeno
• Carica negativa dei fosfati
• Idrofobicità delle basi

Il filamento di DNA ha un orientamento (i filamenti sono antiparalleli). È possibile aggiungere nucleotidi all’estremità 3’ del filamento.

Struttura tridimensionale del DNA

Alfa-elica destrorsa con un solco maggiore e un solco minore. La dissociazione dei filamenti (denaturazione) avviene a causa di:

• Calore
• OH-
• Formaldeide
• Enzima (elicasi)

I super avvolgimenti del DNA sono coinvolti nella replicazione. Alcuni enzimi svolgono il superavvolgimento (topo isomerasi).

Struttura della cromatina

Le proteine associate al DNA si distinguono in:

• Istoniche: Compattano il DNA; strutture molto organizzate. Alterazioni anche piccole non sono compatibili con la vita.
• Non istoniche

Istoni: proteine ricche di amminoacidi basici carichi positivamente che interagiscono con i gruppi fosfato del DNA.

• CORE – H2A, H2B, H3, H4 (NUCLEOSOMA)
• LINKER – H1: regola la compattezza del solenoide

Forze che legano il solenoide:

• Carica positiva del core
• Carica negativa dei gruppi fosfato del DNA

Domini ad ansa

Dominio: locus genico che contiene più geni.

Eucromatina: dominio de condensato

Eterocromatina: dominio non decondensato

Processo di transizione di diverse anse:

• Acetilazione dell’istone (HAT-istone transacetilasi): aggiunta di un gruppo acetile. Questo processo porta a una repulsione tra DNA e istone.
• Deacetilazione dell’istone (HDAC)

Modificazione delle basi azotate:

Metilcitosina (aggiunto CH₃)

La metilazione è un fenomeno dinamico:

• Le basi metilate sono silenti
• Le basi demetilate sono attive

Nel soggetto sedentario ipermetilazione; con l’esercizio si ha demetilazione di queste isole guanina-citosina.

Gene

Definizione: informazione contenuta in una determinata sequenza che viene trascritta in RNA funzionante:

• mRNA
• tRNA
• rRNA
• miRNA
• long non coding RNA

Promotore: porzione che contribuisce a determinare se il gene funziona oppure no.

Codifica gene eucaristico

Un gene è formato dall’alternanza di esoni e introni. Viene trascritta una porzione di DNA (pre RNA) con a monte e a valle due regioni (UTR). RNA processato: vengono tagliati gli introni e ricuciti gli esoni.

PCR

PCR – ampliare il DNA – duplicare in laboratorio il genoma.

Porzioni del genoma

Porzioni intergeniche – 75%

Porzioni geniche:

• 25% esoni – 1.1/1.4%
• Introni e pseudogeni – 23%

Pseudo gene: gene con struttura simile ad un altro gene con varianti che non permettono il funzionamento corretto.

Genoma mitocondriale

Non ci sono introni. Non ci sono sequenze intergeniche. È presente un'unica regione di regolazione per tutti i geni.

RNA

Ribosio al posto del deossiribosio (più idrofilico). Uracile al posto della timina. La struttura primaria è uguale alla struttura primaria del DNA ma può assumere strutture secondarie diverse.

Replicazione del DNA

Fasi del ciclo cellulare:

• G1/G0
• S
• G2
• M

Meccanismo semiconservativo: apertura della molecola di DNA a forca di replicazione. Origine di replicazione: punto del DNA dove inizia la replicazione della regione da replicare. Si formano più origini di replicazione bidirezionale a distanza di 50 kb.

DNA polimerasi

Complessi multi enzimatici che replicano il DNA in maniera fedele. Attività polimerasica: aggiunta di un nucleotide all’estremità 3’.

Componenti del meccanismo di replicazione

• ORC: riconoscimento dell’origine di replicazione (regione ricca di adenine e timine)
• MCM: permettono il mantenimento di piccoli cromosomi (6 subunità):
• Struttura ad anello attorno al DNA
• Attività elicasica
• Lavorano in concerto con ORC
• DNA polimerasi primasi α
• DNA polimerasi δ: filamento leader
• DNA polimerasi ε: filamento lagging
• PCNA: mantiene attaccato al DNA tutto l’apparato
• RPA: stabilizzano il filamento singolo nella fase di replicazione

Le polimerasi δ e ε possono soltanto allungare il filamento di polimerizzazione richiedendo un innesco (sintetizzato dalla polimerasi α). Dopo i primi nt di RNA si ha uno switch proteico (si stacca α e si attacca δ sul filamento leader). Nel filamento ritardato la polimerizzazione avviene in maniera discontinua. Le porzioni prodotte dalla polimerasi ε sul filamento ritardato si chiamano frammenti di Okazaki.

Processo post-sintesi

Una volta sintetizzati i frammenti di Okazaki alternati a RNA interviene:

• RNAASE H1: che degrada il filamento
• FEN 1: degrada il primer
• Polimerasi ε: sintetizza il DNA

Tra un filamento di Okazaki e l’altro non ci sono legami fosfodiestere. Questo buco viene colmato da DNA ligasi formando un legame fosfodiestere ATP dipendente.

Esame e correzione del DNA

Exonucleasi: estremità del filamento

Endonucleasi: interno del filamento

Prima di aggiungere un nuovo nucleotide la polimerasi controlla che l’ultimo sia appaiato correttamente e se non lo è idrolizza il legame fosfodiestere.

Preparazione alla replicazione

Prima della replicazione:

• Rimozione degli istoni
• Realizzazione della piattaforma che riconosce l’origine
• Proteine richiamate all’origine (proteine di regolazione)
• Formazione del complesso dell’origine MCM

Nell’apertura della forcella di replicazione si creano superavvolgimenti positivi a valle e negativi a monte. Questi ripiegamenti vengono rimossi dalle topoisomerasi:

• Topo isomerasi 1: diminuisce le forze torsionali
• Topo isomerasi 2: stabilizza legandosi alle due estremità e taglia entrambi i legami fosfodiestere (il legame viene formato successivamente)

Problema della porzione terminale

Telomeri (TTAGGG): si ripetono alle estremità. Il primo primer non può essere rimosso perché non c’è lo stampo a valle. Le estremità sono sfalsate e ricche di citosine e guanine.

Effetto fisarmonica: durante la replicazione si possono perdere telomeri. Dopo la replicazione la telomerasi sintetizza nuovi telomeri (durante l’invecchiamento la telomerasi non compensa più efficacemente la riduzione dei telomeri). La telomerasi interviene in modo simile alla polimerasi (complesso riboproteico). Stampo per la sintesi dei telomeri dei filamenti.