Biologia molecolare dell'esercizio fisico

H

O .

L

La replicazione inizia in una regione chiamata ansa di spostamento o D (regione

di 500 – 600 nt). Per poter indurre la replicazione, queste regioni necessitano di un

RNA primer che si pensa sia un trascritto di RNA sintetizzato in un’altra

posizione del mtDNA dalla RNA POLIMERASI MITOCONDRIALE.

Dopo che sono stati copiati circa 2/3 del mtDNA ad opera della DNA polimerasi γ,

usata esclusivamente x la replicazione e correzione bozze del mtDNA, la forcella di

replicazione passa sull’origine principale della sintesi del filamento L. Soltanto dopo

che il filamento H spostato passa oltre l’origine del filamento L, inizia la sintesi di un

nuovo filamento H a partire da OL. La sintesi è continua lungo tutto il cerchio su

entrambi i filamenti.

Modello del filamento accoppiato (o simmetrico) (lez.4 diapo 14)  modello più

 recente. La replicazione del filamento ritardato (filamento L) inizia a livelli di siti

multipli, coinvolgendo probabilmente la sintesi discontinua di brevi frammenti di

Okazaki e richiedendo primer multipli. Quindi in questo modello, la sintesi

accoppiata del filamento leader (H) e del filamento ritardato rappresenta un

meccanismo di replicazione del DNA semidiscontinuo e bidirezionale.

LA RIPARAZIONE E LA RICOMBINAZIONE DEL DNA

Abbastanza spesso si verificano forme di danno al DNA che non sono correlate al

processo di replicazione. Questi danni sono indotti dall’esposizione a numerosi tipi di

agenti diversi (radicali liberi O2, radiazioni ultraviolette, sost.chimiche). Il danno al DNA

costituisce una minaccia continua x l’integrità del genoma. Per risolvere questo problema

le cellule hanno evoluto una gamma di ENZIMI DI RIPARAZIONE del DNA e di

POLIMERASI DI RIPARAZIONE.

I processi di riparazione e ricombinazione hanno molte caratteristiche in comune e

sono intimamente intrecciati fra loro e con la replicazione del DNA.

REPLICAZIONE ALTA FEDELTA’ del DNA  è importate x mantenere l’info genetica x

molte generazioni.

REPLICAZIONE BASSA FEDELTA’ DNA  è utile x l’evoluzione specie e x generare la

diversità che porta ad un aumento della sopravvivenza quando gli organismi sono

soggetti a cambiamenti dell’ambiente.

I tipi di mutazioni al DNA

MUTAZIONE  derivano da cambiamenti nella sequenza dei nucleotidi DNA o da

delezioni, inserzioni, riarrangiamenti sequenze DNA.

A seconda dell’origine della causa mutazione, distinguiamo:

MUTAZIONI SPONTANEE  mutazione che si verifica come risultato di processi

 naturali che avvengono all’interno della cellula (es. errori replicazione DNA –

ROS metabolismo cell.).

MUTAZIONI INDOTTE  si verificano come risultato di interazioni del DNA con un

 agente o mutageno esterno che provoca danno al DNA (es. raggi X – UV –

mutageni chimici –ecc).

Ci sono alcuni punti cromosomici in cui le mutazioni si verificano con una frequenza

maggiore rispetto ad altre regioni DNA.

A cosa servono le mutazioni? ..> Fonte principale della variazione genetica che

spinge i cambiamenti evolutivi – conseguenze deleterie.

Distinzioni a livello molecolare dei tipi di mutazioni

MUTAZIONI PUNTIFORMI  in queste mutazioni si ha la sostituzione di una

 coppia di nucleotidi con una coppia diversa. Influenzano la sequenza DNA ma

non la struttura. Possono derivare da errori durante la replicazione o mutazioni

in situ di una base.

Si possono avere (diapo 2 lez.5):

Transizioni  quando c’è la sostituzione di una BASE PIRIMIDINICA con

o un’altra o una BASE PURINICA con un’altra. Le mutazioni spontanee

tendono ad essere TRANSIZIONI. Es. in una sostituzione di A con G, si crea

temporaneamente una coppia di basi GT mal appaiata. Durante il ciclo

successivo di replicazione, se l’appaiamento errato non viene corretto,

questa TRANSIZIONE viene incorporato permanentemente nella sequenza

DNA. L’appaiamento sbagliato si risolve in una coppia di basi GC in una

molecola figlia (MUTATA) (diapo 3 lez.5) e in una coppia di basi AT

nell’altra molecola figlia (NORMALE).

Trasversioni  sostituiscono una PIRIMIDINA con una PURINA o

o viceversa.

Nel genoma umano avvengono più TRANSIZIONI che TRASVERSIONI.

Le reazioni di mutazione che determinare la sostituzione di una coppia di basi sono:

Deamminazione (diapo 6 lez.5)  è la reazione più frequente e

o importante di danno idrolitico che si può verificare spontaneamente x

l’azione dell’acqua o perché indotto da un mutageno chimico. Si ha, ad es.,

la sostituzione di un GR.AMMINICO della citosina con O2, convertendola in

URACILE (base presente solo nell’RNA)

Quando una coppia di basi UG sostituisce la coppia CG, ciò provoca soltanto

una piccola distorsione strutturale nella doppia elica DNA. È improbabile che

questo tipo di cambiamento blocchi completamente il processo della

replicazione o della trascrizione, ma può portare alla produzione di un

RNA mutante o di una proteina alterata.

Alchilazione  agenti alchilanti come la NITROSAMMINE portano alla

o 6

formazione di O -metilguanina. Questa base sbagliata si accoppia spesso in

modo sbagliato con T, portando al cambiamento di una coppia di basi GC

in una coppia AT quando il DNA danneggiato si replica.

Ossidazione  potenti agenti ossidanti sono radiazioni ionizzanti e agenti

o chimici che generano radicali liberi. Le specie reattive dell’O2 possono

generare 8-oxoguanina ..> base G danneggiata che contiene un atomo

extra di O. 8-oxoguaninua può formare COPPIA DI BASI di

HOOGSTEEN con A (diapo 8 lez.5). Ciò da origine a una TRASVERSIONE

GC  TA, che è una delle mutazioni più comuni presenti nei cancri umani.

Effetti fenotipici delle MUTAZIONI PUNTIFORMI:

Nessun effetto

o Alterazione nucleotide cruciale in una regione regolatrice di un gene

o Alterazione nucleotide cruciale nello stampo di una molecola

o funzionale di RNA

Alterazione nucleotide cruciale in un gene che codifica x una

o proteina ..> le sostituzioni nucleotidiche in un gene che codifica x una

proteina possono cambiare o no l’aa nella proteina codificata (diapo 4 lez.5):

SILENTI  Nel caso delle MUTAZIONI SILENTI si ha il cambiamento

 sequenza nucleotidica senza cambiare la sequenza aa.

MISSENSO  si hanno mutazioni nucleotidiche che cambiano la

 sequenza aa. Un cambiamento nella sequenza aa di una proteina

può alterarne le proprietà biologiche (es. anemia falciforme, presenta

cambiamento singolo aa).

NONSENSO  mutazioni nucleotidiche che creano un nuovo

 codone di STOP.

ESPANSIONI DELLE RIPETIZIONI TRINUCLEOTIDICHE  Alcune regioni del DNA

 hanno una insolita instabilità genetica a causa della presenza di ripetizioni

trinucleotidiche. Le espansioni possono acquisire conformazioni a triplica elica,

assumere strutture secondarie insolite del DNA che interferiscono con la

trascrizione e replicazione del DNA (es. Atassia Friedreich, distrofia miotonica,

sindrome dell’X fragile, ecc).

INSERZIONI o DELEZIONI DNA  aggiunta o delezione di uno o pochi

 nucleotidi. Avviene con una frequenza minore di quella delle sost.nucleotidiche

(es. fibrosi cistica).

Nel caso di aggiunta o delezione di nucleotidi in un numero non multiplo di 3 (diapo

9 lez.5), viene spostato (shift) l’ordine di lettura (frame) in cui il ribosoma

legge le triplette dei codoni nell’mRNA e, di conseguenza, altera tutti gli aa a

valle del sito di mutazione.

GRANDI RIARRAGIAMENTI CROMOSOMICI



Le classi generali del danno al DNA

MUTAGENO (diversi mutageni ambientali, es.sost.chimiche tabacco)  è un agente

chimico che causa un aumento frequenza di mutazioni.

DANNO AL DNA  consiste in un cambiamento che introduce una deviazione dalla

solita struttura a doppia elica. Esistono 3 classi principali di danno al DNA:

CAMBIAMENTI DI SINGOLE BASI  colpisce la sequenza di DNA, ma ha

 soltanto un effetto minore sulla struttura generale. Vedi MUTAZIONI PUNTIFORMI.

DISTORSIONE STRUTTURALE  modificano la struttura stessa del DNA e

 possono impedire la trascrizione o bloccare la replicazione. Sono prodotte dalla

LUCE ULTRAVIOLETTA (UV) la quale viene assorbita selettivamente dalle cellule,

inducendo effetti deleteri. Lesioni più frequenti del DNA indotte da UV sono

l’induzione di DIMERI di pirimidine fra 2 T adiacenti (diapo 13 lez.5) ..> DIMERI

DI CICLOBUTANO-PIRIMIDINA (CPD), perché si forma un anello ciclobutanico fra

gli atomi di C 5-6 di T adiacenti.

Poiché si formano legami covalenti fra T adiacenti dello stesso filamento, ciò

distrugge le coppie di basi complementari che formano la doppia elica. I

dimeri di T distorcono così la struttura del DNA duplex.

Induzione di DIMERI DI PIRIMIDINA è un difetto più grave del cambiamento di una

singola base.

Il danno al DNA può essere causato anche da AGENTI INTERCALANTI come il

BROMURO DI ETIDIO, contengono parecchi anelli policiclici (diapo 14 lez.5).

Questi anelli piatti si inseriscono fra le basi del DNA, legandosi alle basi e

impilandosi con esse, esattamente come le basi si legano e si impilano fra loro nella

doppia elica.

A causa della seguente distorsione della doppia elica, gli agenti intercalanti

possono causare inserzione o delezione di una o più coppie di basi durante la

replicazione del DNA.

Il danno al DNA può essere causato anche da ANALOGHI DELLA BASE, sono

abbastanza simili alle basi normali da essere assunti dalle cellule e incorporati nel

DNA durante la replicazione, ma a causa delle loro differenze strutturali, formano

coppie di basi in modo inappropriato (es. 5-bromouracile (analogo della T), va a

formare una coppia sbagliata con G).

DANNO ALL’OSSATURA DNA  comprendono:

 Formazione SITI ABASICI  generati spontaneamente dalla formazione di

o addotti instabili delle basi.

ROTTURE a DOPPIO FILAMENTO (diapo 17 lez.5)  possono essere

o indotte da radiazioni ionizzanti (es. raggi X, materiali radioattivi) e altri

composti chimici. Radiazioni ionizzanti possono attaccare (ionizzare) il

deossiribosio dell’ossatura DNA direttamente o indirettamente, generando

specie reattive O2.

Sono il tipo più grave di danno al DNA.

Risposte della cellula al danno al DNA

• Risposte che AGGIRANO IL DANNO (diapo 19 lez.5)  Le DNA polimerasi ad

ALTA FEDELTA’, copiano accuratamente lo stampo non danneggiato, ma sono

incapaci di aggirare lesioni del DNA. A tal scopo vengono utilizzate dalla cell.

DNA polimerasi specializzate a BASSA FEDELTA’ (inclini all’errore). Queste DNA

polimerasi sostituiscono temporaneamente quelle re plicative, inducendo un

processo di SINTESI TRANSLESIONE: non essendo la POLIMERASI

REPLICATIVA in grado di aggirare una lesione, quando la FORCELLA

R