DNA e RNA, Biochimica

RNA

Hanno caratteristiche comuni:

• Catena di poliribonucleotidi (struttura primaria con nucleotidi legati da legame fosfodiesterico)

• L’RNA ha una singola catena , anche se ci possono essere dei tratti a doppio filamento a causa di

legami idrogeno tra nucleotidi della stessa catena ( AU 2 legami a idrogeno \CG 3 legami)

• Ci sono diverse organizzazioni della struttura secondaria :

1. Zona a doppia elica

2. Zone che formano anse (servono per riconoscere qualcosa ,ad esempio per riconoscere i nucleotidi

complementari sul codone dell’mRNA)

3. Zona a forcina

4. Zona a singolo filamento (la gran parte)

Le forme particolari servono solo a mandare particolari segnali di riconoscimento e

Rna grandi

• RNA ribosomiale : rRNA, sono RNA strutturalmetne grandi,

assemblati nei ribosomi con dei ribonucleotidi. La quantità di RNA

ribosomiale nella cellula è costante (non è oggetto di nessun

controllo). È formato da zone a catena singola, doppia elica e a loop.

• RNA messaggero: mRNA, possono essere di grandezza variabile. La

loro trascrizione è controllata (di alcuni ce n’è bisogno sempre della

stessa quantità ,di altri quantità variabili)

RNA ribosomiali

• attraverso la formazione di complesse strutture terziarie e

quaternarie, gli RNA ribosomiali (rRNA) si strutturano formando gli

aggregati che costituiscono, insieme a varie proteine, le unità

ribosomiali .

• Alcuni tipi di rRNA, ripiegandosi come le proteine, raggiungono livelli

di organizzazione tridimensionale a cui sono associate funzioni

biologiche anche di tipo catalitico nell’ambito dei processi di sintesi

proteica RNA piccoli

• RNA di trasporto: tRNA , sono piccoli, formati da massimo 100 nucleotidi. Sono

fondamentali sui ribosomi dove avviene la sintesi proteica (presenti in quantità

costanti). Ci sono zone con particolari forme per riconoscere il codone e il legame

a.a.

RNA nucleari: small nuclear RNA, sono piu piccoli del tRNA e servono per la

• modulazione del RNA messaggero. Vengono trascritti nel nucleo e restano nel

nucleo. Devono individuare la zona dell’mRNA che devono essere tagliate e

modificate.

• RNA interferenti: interferiscono con il processo di trascrizione genica e quindi la

controllano (cioè controllano la trascrizione e l’espressione di alcuni geni).

Micro RNA: regolano l’espressione dei geni. Sono importanti nelle fasi di crescita, di

• differenziamento cellulare e dello sviluppo.

tRNA

• I tRNA presentano una struttura primaria (la sequenza di

nucleotidi 5 3 ), una struttura secondaria (chiamata

′ ′

→

comunemente struttura “a trifoglio”), ed una struttura terziaria

(un ripiegamento 3D a forma di L che permette loro di entrare

nei siti P ed A dei ribosomi).

• Il braccio accettore all’estremità 3 ­OH, introdotto con la

′

maturazione del trascritto primario, consente di trasportare gli

amminoacidi sui ribosomi durante la traduzione.Gli

amminoacil­tRNA si formano attraverso reazioni catalizzate

amminoacil­tRNA sintetasi.

dalle

• Il braccio A, o braccio dell’anticodone, contiene la tripletta

che, mediante l’interazione con il codone dell’mRNA, consente

di posizionare lo specifico amminoacido nella corretta

posizione durante la sintesi proteica

Funzioni finali del RNA

• La quantità di tipi di RNA presenti dipende dalla funzione.

• I piccoli RNA vengono usati per far si che un gene non venga

trascritto e influenzano quindi anche la traducibilità del messaggio.

Trascrizione controllata

l’RNA messaggero con una struttura a loop, viene riconosciuto tramite queste strutture ,da particolari

• proteine che si trovano nel citosol e che servono a regolare le messa in traduzione dell’mRNA

stesso.

L’mRNA viene trascritto e modificato esce dal nucleo e va in traduzione. In un organismo

• superiore questo mRNA è importante perche deve produrre una portina importante, bisogna

controllare l’accesso del RNA messaggero ai ribosomi. Dobbiamo lasciarlo in stand­by nel citosol

finche non viene dato l’Okdi andare sul ribosoma. Qui dovrebbe essere aggredito dalle

nucleasi(enzimi di degradazione). Per gli mRNA piu importanti esistono proteine citosoliche che

rivestono queste particolari sequenze loop. Si comportano cosi come dei cappucci sull’mRNA , che

mantenuto cosi fermo nel citosol e non viene tradotto. Oppure se c’è il segnale la proteina cappuccio

porta l’mRNA sul ribosoma per essere tradotto. Quindi In alcuni casi delle proteine a cappuccio

riconoscono determinate sequenze e inibiscono il passaggio dell’mRNA sul ribosoma, in latri casi

invece ne favoriscono il passaggio fino ai ribosomi.

Il metabolismo del DNA

Il metabolismo del DNA di divide in:

• Duplicazione

• Trascrizione

Per metabolismo si intende la capacità del DNA quindi di essere duplicato e trascritto in

RNA.

La DUPLICAZIONE interessa tutto il dna e avviene una sola volta nella vita della

cellula.

La TRASCRIZIONE non interessa tutto il dna ,poiche non tutto il dna si trascrive ,pero

puo avvenire ogni volta che la cellula ha bisogno di trascrivere del RNA che riguarda

brevi e precisi tratti dei cromosomi (geni specifici)

*Questi 2 eventi devono iniziare e finire in momenti precisi e devono evitare piu errori

possibili. Errori

Gli errori devono essere assolutamente evitati

errori della duplicazione

Gli sono molto piu gravi, poiche il DNA si duplica

• una sola volta nella vita della cellula e la duplicazione produce una sola

cellula figlia identica alla precedente e quindi l’errore puo trasmettersi alla

cellula figlia.

• Gli errori della trascrizione sono meno gravi, poiche la trascrizione avviene

piu volte. Infatti se un RNA non va bene,viene scartato.

I processi che avvengo sul DNA sono complessi per la complessità stessa del

DNA, per al sua lunghezza, per la sua compatezza e per la sua unione con

proteine.

Duplicazione del DNA

• La duplicazione del dNA avviene in un solo momento, prima della divisone

cellulare.

• La duplicazione di tutto il dna deve avvenire in tempi molto brevi.

La duplicazione deve essere fedele (ovvero il dNA nuovo deve essere uguale

• a quello di partenza)

• Normalmente possono avvenire degli errori (ad esempio un nucleotide

processo di

sbagliato), questi errori vengono modificati in un

autocorrezione effettuato dalla DNA polimerasi ,durante la duplicazione

prima della

stessa, se questo errore sfugge allora puo essere modificato

divisione cellulare, una volta che il DNA si è duplicato totalmente. Se anche

mutazione

qui non si riscontra l’errore ,la cellula figlia avrà un del DNA.

Mutazione

• Le mutazioni si verificano continuamente , ma non sono tutte

patologiche anzi alcune di esse sono responsabili dei polimorfismi,

ovvero del fatto che gli individui siamo uno diverso dall’altro (aspetto

positivo)

• Se la mutazione avviene in una regione importante di un gene (ad

esempio disturba la sintesi proteica) ci saranno problemi molto gravi.

Duplicazione

semiconservativa.

• Sia nelle cellule eucariotiche che procariotiche la duplicazione è

semiconservativa , cioè la doppia elica di DNA si divide (legami a idrogeno

sono rotti) e ogni catena viene usata da stampo per la nuova catena

• Alla fine abbiamo 2 molecole di DNA , dove una resta nella cellula e l’altra va

nella altra cellula.

• Le due catene di DNA sono costituite ognuna da :

1. Le due catene vecchie dette “parentali” (stampo)

2. Le due catene di nuova sintesi

*La cosa importante è che le due catene di DNA sono uguali*

• Fare clic per modificare gli stili del testo dello schema

o Secondo livello

o Terzo livello

• Quarto livello

o Quinto livello

Come avviene la duplicazione ???

• Dal punto di vista chimico la duplicazione necessita di una catena di DNA stampo, sulla quale

verranno ad unirsi i nucleotidi complementari che si legheranno tramite legame fosfodiesterico. Gli

elementi necessari per la duplicazione sono:

• DNA stampo

• Enzima “DNA polimerasi” che forma i legami fosfodiesterici

• Un primer o innesco

La dna polimerasi non puo aggiungere un nucleotide di punto in bianco e su nulla , per questo la

nuova catena non puo iniziare senza un piccolo pezzo di acido nucleico preesistente ,sintetizzato un

attimo prima dell’inizio della duplicazione. Il pezzetto di acido nucleico è RNA di lunghezza dai 10 ai

60 nucleotidi. L’ultimo nucleotide dell’innesco ha un terminale 3’ libero con un OH. In questo punto si

aggiunge il deossiribonucleotide che forma il legame fosfodiesterico. Quando un deossiribonucleotide

fosfato deve aggiungersi al nucleotide preesistente ,avviene un attacco nucleofilo. L’OH libero in

posizione 3’ è responsabile della rottura del legame ad alta energia del deossirbonucleotide fosfato.

Nei nucleotidi fosfato i gruppi P, sono legati tramite legami ad alta energia che possono rompersi per

idrolisi. Qualsiasi molecola con 1 OH è in grado rompere il legame. In questo caso è l’oh sull’ultimo

ribonucleotide del primer o (in seguito) l’OH sull’ultimo deossiribonucleotide aggiunto. Questo OH fa

l’attacco nucleofilo sul deossiribonucelotide (in particolare sul P in posizione 5). Si libera cosi il

La DNA­polimerasi

La formazione del legame fosfodiesterico è compito della DNA­polimerasi.

• Il nucleotide che viene aggiunto deve essere complementare al nucleotide opposto

• La complementarità viene confermata se ,una volta formato il legame fosfodiesterico ,

• si forma il legame idrogeno tra la base del nucleotide appena aggiunto e la base del

nucleotide complementare sullo stampo. Se ciò avviene vuol dire che il nucleotide

aggiunto è quello giusto. La DNA­polimerasi è in grado solo di formare i legami

fosfodiesterici. Se il nucleotide è quello giusto, forma immediatamente legami a

idrogeno con il nucleotide posto sulla catena stampo ( c=g \ a=t). Se non si formano

legami a idrogeno il nucleotide è sbagliato la DNA polimerasi puo correggere

l’errore (autocorrezione dell’errore) rompendo il legame fosfodiesterico e

ricominciando da capo. La catena nuova nasce in direzione dal 5’ al 3’ perche c’è

sempre un 3’ con OH libero sul quale aggiungere un nuovo deossiribonucleotide. Se

va tutto bene si formano prima il legame fosfodiesterico e poi quello a idrogeno e

infine le interazioni idrofobiche tra basi azotate adiacenti.

Ricapitolazione :

1. Ognuna delle due catene di DNA fa da stampo compleme