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La struttura del DNA e dell'RNA
N N N O N OO NH Guanina 2N Citosina NH NN N NH 2 N O Basi azotate etereocicliche aromatiche Primidina Uracile (U) Citosina (C) Timina (T) Purina Adenina (A) Guanina (G) Lo ZUCCHERO : L' unica vera differenza tra il DNA e l'RNA la differenza strutturale da cui ciascun acido nucleico deriva il proprio nome Come si passa dai singoli nucleotidi al polimero 5' Legame fosfodiestere 3' Il legame conferisce una direzionalità 5' 3' ad ogni filamento Come si passa dal singolo filamento al doppio filamento I due filamenti sono: - uniti da LEGAMI IDROGENO tra le basi complementari - orientati in direzioni opposte (SONO ANTIPARALLELI) 5' 3' REGOLE DELLA COMPLEMENTARIETÀ G≡C A=T Orientamento antiparallelo dei due filamenti nella doppia elica del DNADNA 3’5’ – 5’3’
Appaiamento tra basi complementari
Basi complementari
Adenina e Timina
H H CHN
Adenina 3ON Timina
NN N NHN O
Basi complementari
Guanina e Citosina
N HO CitHN N
Gu osinan NN aina H NH NN OH
Differenze (alcune non sempre valide) tra DNA e RNA
James Watson (USA) e Francis Crick (UK)
Nel proporre il loro modello, Watson e Crick utilizzarono tre evidenze principali:
- si sapeva (in letteratura) che la molecola di DNA era composta di basi, zuccheri e gruppi fosfato uniti assieme in una catena polinucleotidica.
- Conoscevano i risultati di Franklin e Wilkins:
- i polimeri di DNA erano elicoidali.
- era presente una periodicità di 0,34 nm.
- era presente una periodicità 3,4 nm.
- la molecola di DNA era costituita da due filamenti.
- Conoscevano le “Regole di Chargaff”
La Franklin aveva 33 anni nel Febbraio del 1953, quando sul suo taccuino scrisse: “il DNA è formato da due catene distinte”.
Due settimane dopo, Watson e Crick
elica del DNA Nel 1952, Rosalind Franklin e Maurice Wilkins analizzarono cristalli di DNA utilizzando il metodo della diffrazione dei raggi X. Grazie a questo metodo, nel 1962, Franklin e Wilkins vinsero il Premio Nobel per la scoperta della struttura a doppia elica del DNA. Negli anni '50, Rosalind Franklin condusse studi approfonditi sulla struttura del DNA. Analizzando le foto degli spettri di diffrazione dei raggi X prodotti da cristalli di fibre pure di DNA, si dimostrò che il DNA ha una struttura a doppia elica. Altri studi condotti da Erwin Chargaff dimostrarono che la composizione in basi del DNA varia da una specie all'altra. Tuttavia, le molecole di DNA isolate da tessuti diversi dello stesso organismo hanno la stessa composizione in basi. Inoltre, Chargaff osservò che il numero delle Adenine è uguale al numero delle Timine (A=T) e il numero delle Guanine è uguale al numero delle Citosine (G=C). Infine, la somma dei residui purinici è uguale alla somma dei residui pirimidinici (A+G=T+C). Grazie a queste scoperte, è stato possibile comprendere la struttura e la composizione del DNA, aprendo la strada a ulteriori ricerche e scoperte nel campo della genetica.elica del DNA: l'avvolgimento dei due filamenti nella doppia elica del DNA, grazie all'asimmetria del legame delle basi, origina due solchi maggiori e due solchi minori disposti a spirale lungo la superficie della molecola.
Il DNA-A: la conformazione A è quella assunta in maniera preferenziale dalle molecole di RNA a doppia elica e da molecole ibride costituite da una catena di DNA ed una di RNA avvolte insieme. Nel DNA-A, il solco minore diventa più profondo e quello maggiore meno approfondito. Le regioni a doppia elica delle molecole di RNA assumono preferenzialmente la conformazione A per la presenza di un gruppo OH al posto di H al livello del C-2' del ribosio; l'OH interferisce con l'impaccamento degli atomi, impedendo all'RNA di assumere la conformazione B.
Il DNA-Z: il DNA-Z è una conformazione alternativa, assunta da una piccola ma significativa frazione del DNA nucleare. Nella conformazione Z, la doppia elica ha un andamento sinistrorso ed è
più sottile di quella del DNA-B. Il solco maggiore diventa meno approfondito rispetto al DNA-B; il solco minore è più profondo. Il DNA-Z risulta meno stabile del DNA-B soprattutto perché nella conformazione Z le cariche negative dei gruppi fosfato sono molto più vicine che nel DNA-B. La repulsione tra i gruppi P favorisce il passaggio alla conformazione B.
Stabilità della doppia elica del DNA:
- Associazione idrofobica tra le coppie di basi all’interno della molecola le basi, che sono idrofobiche principalmente apolari, si impaccano così in modo fortemente senso ortogonale all’asse dell’elica e parallelamente all’una all’altra sullo stesso filamento in modo da escludere l’acqua e formare un ambiente stabile apolare.
- ΔG = ΔH – T ΔS
Come si presenta il DNA? Tipico cromosoma filamentosodi cellule eucariotiche. Tipico cromosoma circolare di
cellule procarioticheDNA di Escherichia coli DNA (groviglio filamentoso esterno)
Nei batteri è presente una sola molecola di DNA, che distesa misura 1,5 mm, una lunghezza ben superiore ai 2 μm diametro della cellula batterica!
COME È ORGANIZZATO IL DNA NEI CROMOSOMI UMANI?
Per esempio: le cellule umane contengono 2 metri di DNA che devono essere condensati in 46 cromosomi racchiusi in un nucleo di 0,006 mm di diametro (6 micron).
Cariotipo umano
Ciò è possibile grazie ad un'associazione fra DNA e specifiche proteine. Queste sono dette ISTONI e sono dei tipi: H1- H2A- H2B- H3- H4
COME VIENE COMPATTATO IL DNA NEI CROMOSOMI?
Grazie ad un'associazione fra DNA e specifiche proteine basiche dette ISTONI. Con gli istoni il DNA forma strutture caratteristiche dette. Un nucleosoma è un insieme di 8 proteine istoniche attorno al quale si avvolge un tratto di DNA. Nelle cellule sono presenti 5 tipi di istoni divisi in 2 gruppi: Istoni nucleosomici H2A, H2B, H3, H4 Responsabili
delripiegamento del DNA neinucleosomi. Intorno ad ogniottamero di istoni sonoavvolte circa 150 paia dibasi. Responsabili delloIstoni H1 stiparsi dei nucleosomiI tratti di DNA che Una catena dicollegano due nucleosomi Nucleosomi forma unasono detti DNA di struttura detta a filo diconnessione. perle.I Nucleosomi vengonoimpacchettatidall’istone H1 a formareuna FIBRA. Avvicinatitra lorodall’istoneH1, inucleosomisiavvolgonolungo unaspirale aforma disolenoide.Nel DNA esistono anche proteine non istoniche cheformano lo SCAFFOLD, un’ inpalcatura attarno allaquale la cromatina si avvolge assumendo unastruttura ad ANSE.la struttura a filo di fase nonperle condensatastruttura ail DNA si avvolge della fasesolenoideattorno all’ottamero cromatina condensatagli istoni siistonicodoppia (cromosomi dellatrovanoelica in interfase) cromatinaravvicinatistadio (cromosomil'uno all'altropiù in metafase)sciolto……… .come è possibile che unIl cromosoma, che in media misura 6μm di lunghezza, contiene una molecola pari a 8000 volte la sua lunghezza. La risposta è che il DNA è fortemente compattato!
Dal DNA alle proteine
- Cromosomi e DNA
- Nucleosoma
Quando e come sono stati scoperti gli acidi nucleici:
- Nel 1869, il chimico svizzero Friedrich Miescher isolò una nuova sostanza naturale contenente una notevole quantità di fosforo. Poiché tale sostanza era estratta da nuclei di leucociti umani e dava una reazione acida, viene chiamata acido nucleico.
Come si è arrivati a dire che è il DNA a trasmettere le informazioni ereditarie e a definirne la struttura?
- Esperimenti di Griffith 1928
- Esperimenti di Avery e colleghi 1944
- Struttura covalente del DNA 1944
- Studi di Chargaff: A=T; G=C; A+G=T+C 1948
- Esperimenti Hershey e Chase 1952
- Foto di fibre isolate di DNA diffrazione raggi X, Franklin e Wilkins 1953
Tutte le cellule di un
organismo contengono le stesse molecole di DNA!!! Come fa il DNA a passare da una cellula all'altra?! La DUPLICAZIONE è un processo assai rapido (nell'uomo e nei mammiferi vengono posizionati 50 nucleotidi al secondo). La DUPLICAZIONE o REPLICAZIONE da una molecola di DNA se ne formano due identiche. Ogni cellula figlia avrà lo stesso corredo genetico della cellula madre. Produce due doppie eliche di DNA ciascuna costituita da:- un filamento vecchio
- un filamento nuovo
innesco di RNA che fungerà da primer per la... in realtà LA DUPLICAZIONE:
- semiconservativa
- bidirezionale
- semidiscontinua
Duplicazione del DNA
- DNA-Elicasi: srotola i filamenti di DNA generando la forca di replicazione; SSB: proteine che stabilizzano il DNA
- DNA-Primasi: fornisce l'RNA primer per dare inizio alla sintesi del DNA
- DNA-Topoisomerasi: evita che i frammenti svolti si
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