Funzioni degli acidi nucleici

Questo livello di condensazione è chiamato cromatina distesa oppure eucromatina (dal greco

"eu" = buono e "khroma" = colore). Il quoziente di compattamento = 400.

Quarto livello di organizzazione

Tuttavia, alle estremità telomeriche e nei pressi del centromero la cromatina è più condensata a

prescindere dal tipo cellulare e non contiene geni o ne contiene pochissimi. Questa si forma

annodando la eucromatina su se stessa molte volte e costipandola e pigiandola fino a farla

diventare all’incirca di 7 mm × 700 nm. Questa forma di cromatina si chiama eterocromatina (dal

greco ἔτερος (èteros) = diverso, perché si colora diversamente, più intensamente rispetto al resto del

DNA) o cromatina condensata. Il quoziente di compattamento = 1000.

Quinto livello di organizzazione

Osservando al microscopio ottico una cellula in metafase, si vedono allinearsi al centro della cellula

su un’immaginaria linea equatoriale (piastra metafasica) delle strutture ad X con due bracci più

lunghi degli altri due : i cromosomi). Questo è reso possibile dalla presenza di due catene di

proteine, ancora poco note, unite da una terza proteina (il centromero) attorno al quale la

eterocromatina si avvolge numerose volte per tutta la sua lunghezza formando il cromosma

metafasico, quello che appunto si osserva durante la metafase della mitosi. In pratica

l'eterocromatina si ancora all'impalcatura proteica che ne determina la forma. Il quoziente di

compattamento = 10.000. 6

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3- Replicazione semiconservativa

Sulla Terra esistono decine di milioni di varietà di forme di vita capaci di riprodursi tali e quali nel

tempo. Ciò vale sia per gli organismi monocellulari, sia per le cellule che formano tessuti ed organi

nelle forme di vita superiore. Quindi, deve esistere dentro ogni cellula una struttura chimica in

possesso di un “codice” capace di fornire tute le informazioni necessarie per una corretta

riproduzione. Oggi sappiamo che tutte le informazioni genetiche necessarie per dar vita ad un

–

nuovo individuo- cioè il genoma sono contenute nella molecola del DNA (fanno eccezione alcuni

solo l’RNA).

virus che contengono L'informazione genetica è codificata nelle sequenze

particolari di basi presenti che determinano, a loro volta, l'esatta sequenza in cui i vari

amminoacidi devono comparire nelle proteine sintetizzate. Sotto questo profilo, ogni essere

“un meccanismo messo in moto dal DNA”.

vivente può essere definito come La genetica, cioè la

“scienza della nascita” prende l’avvio nel 1865 quando il monaco agostiniano austriaco Mendel

scoprì le leggi dell’ereditarietà, ovvero i meccanismi generali con i quali i caratteri ereditari si

trasmettono alla discendenza. Solo in seguito si scoprì che i cromosomi che si trovano nel nucleo

della cellula ---> contengono i geni ---> ed i geni sono fatti di DNA. Si comprese quindi che le

l’informazione

molecole che assolvono alla funzione di conservare, replicare e trascrivere

l’acido desossiribonucleico e l’acido ribonucleico

genetica sono gli acidi nucleici: DNA RNA.

L'informazione genetica viene conservata e trasmessa da una generazione all’altra sotto forma di

acido deossiribonucleico (DNA). I geni, le strutture cromosomiche deputate alla trasmissione dei

caratteri ereditari, sono lunghe catene di DNA a doppio filamento. Si perviene quindi al

cosiddetto "dogma centrale della biologia", sempre confermato sperimentalmente, che

schematicamente può essere così rappresentato:

In pratica tale dogma afferma che i processi fondamentali su cui si basa la conservazione ed il

trasferimento dell'informazione genetica sono tre:

1) la replicazione del DNA in una sua copia identica

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2) la trascrizione del messaggio contenuto nel DNA --> in una molecola di RNA messaggero

che si trasferisce, dopo alcuni riarrangiamenti, ai ribosomi

3) la traduzione del messaggio contenuto nell'RNA messaggero in una sequenza di amminoacidi

che legandosi tra loro formano le proteine.

Ecco il dogma fondamentale riportato evidenziando alcuni enzimi fondamentali per lo sviluppo del

processo:

Studiamo dunque la prima fase ovvero la duplicazione del DNA (replicazione del DNA); si

ricordi che tutte le funzioni svolte dal DNA sono rese possibili grazie alla complementarietà delle

basi azotate.

Replicazione del DNA- Nel DNA, i legami idrogeno che uniscono le basi azotate, rappresentano la

parte più debole della struttura (come i pioli di una scala) per cui una forza applicata sui ponti

idrogeno, li fa cedere facilmente separando le due metà della doppia elica in due sequenze lineari

di polinucleotidi. La separazione della doppia elica è stata paragonata all' apertura di una cerniera

lampo. Nel processo di duplicazione (o replicazione) del DNA, il doppio filamento viene dunque

dall’enzima

attaccato e tagliato in un punto topoisomerasi (gli enzimi topoisomerasi sono in

grado di ridurre la tensione torsionale della doppia elica e poi ne catalizza la rottura in modo

reversibile). Intervengono in questa fase anche l'elicasi e la girasi: l'elicasi è un enzima specifico

della replicazione del DNA, esso agisce rompendo i legami idrogeno instaurati tra le basi

complementari. Inoltre questo enzima agisce in coppia con la DNA-girasi che rilassa il DNA

dall’enzima

superavvolto. La doppia elica viene aperta come una cerniera-lampo elicasi che,

rompendo i ponti ad idrogeno che tengono unite le basi azotate complementari, fa sì che la DNA-

girasi separi i due filamenti e così si forma una struttura ad Y detta forcella di replicazione.

La forcella di replicazione viene stabilizzata dalle proteine SSB (single strand binding proteins);

esse si legano ai singoli filamenti e li mantengono in forma denaturata. Interviene a questo punto un

altro enzima, DNA-polimerasi, che provvede ad agganciare su ognuno dei due filamenti esposti

(filamenti-genitori o parentali) dei nucleotidi complementari. In questo modo su ciascun

filamento viene ricostruito il filamento mancante (filamento-figlio) e si generano due copie della

doppia elica originaria. Poiché in ciascuna di queste due copie sopravvive metà della molecola

originaria, tale processo è anche noto come sintesi semiconservativa. In pratica: la doppia elica

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di DNA comincia a svolgersi ad una delle due estremità e su ciascuna delle due catene iniziano

a formarsi le due catene complementari.

Ciascun filamento singolo funziona come un vero e proprio stampo che determina la sequenza di

basi dei due nuovi filamenti che si vanno formando. Si parla di replicazione semiconservativa

proprio perché si ottengono due doppie eliche identiche, ciascuna delle quali contiene un

filamento vecchio ed uno neoformato.

Per le caratteristiche intrinseche al legame stesso, la costruzione dei nuovi filamenti avviene solo

5'→3'

in direzione perchè l'enzima DNA polimerasi è capace di costruire una nuova catena

solo nel verso 5'-->3'; difatti essa può sintetizzare la nuova catena solo se il punto d'allungamento

5'→ 3'.

è dato da una terminazione 3'OH libera con direzione di crescita è Ma poiché le eliche

sono antiparallele, la sintesi dei due nuovi filamenti avviene necessariamente in direzioni

opposte (cioè i loro scheletri zucchero-fosfato sono in direzioni opposte, un filamento figlio ha



direzione 5' --> 3' e l'altro 3' --> 5') vedi figura successiva.

In realtà una sintesi continua di entrambe le nuove molecole richiederebbe che un filamento

venisse sintetizzato in direzione 5' --> 3' e l'altro in direzione 3' --> 5'), invece le cose non vanno in

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questo modo, quello che accade veramente è che un'elica, chiamata catena leader, viene letta e

copiata nella direzione di avanzamento della forcella e procede in modo continuo e veloce. L'altra

elica dovrà essere sintetizzata con ritardo e in modo discontinuo dovendo attendere lo srotolamento

dell'elica veloce. Questa seconda elica viene sintetizzata, con frammenti, in direzione opposta

all'avanzamento della forcella.

In definitiva un filamento si formerà in maniera continua, mentre l'altro verrà costruito in

modo discontinuo, da parti separate unite successivamente. Si osservi inoltre che l'enzima

DNA-polimerasi è in grado di formare un nuovo filamento complementare di DNA solo a partire da

un filamento stampo.

La fase di allungamento del DNA è effettuata grazie all'azione di diversi enzimi: primasi, DNA-

polimerasi III, DNA-polimerasi I e DNA-ligasi.

La primasi forma un breve filamento di RNA, detto RNA-primer o innesco, a partire da un

filamento stampo di DNA. Le DNA-polimerasi sono in grado di sintetizzare un nuovo filamento di

DNA in direzione 5'->-3' a partire da un filamento stampo, però questi enzimi non sono in grado,

come già accennato, di produrre il filamento ex-novo, possono solo aggiungere nucleotidi ad un

filamento già prodotto, per cui per svolgere la loro funzione le DNA polimerasi richiedono la

presenza di un primer.

In pratica, la primasi si lega all'elicasi: questo evento fa sì che si apra la doppia elica ed attiva

la primasi che comincia a produrre dei primer ad intervalli regolari; questi primer sono

formati da circa 11 nucleotidi. 11

Esistono dunque due filamenti: un filamento veloce ed un filamento lento. Il filamento,

detto filamento veloce (leading strand) viene sintetizzato in modo continuo, poiché la DNA-

avanza nella stessa direzione dell’elicasi.

polimerasi III La DNA-polimerasi III opera

l'allungamento di tale filamento in modo continuo, essa lavora rincorrendo la forcella di

replicazione , che continuamente espone altro filamento di DNA che funge da stampo.

L'altro filamento, detto filamento lento (lagging strand) viene sintetizzato in modo discontinuo:

sfruttando i primer prodotti dalla primasi, la DNA-polimerasi I crea il nuovo DNA muovendosi

nella direzione opposta rispetto a quella in cui avanza la forcella di replicazione. si formano così dei

segmenti (frammenti) di DNA detti frammenti di Okazaki (formati da 1000-2000 nucleotidi)

sono chiamati così dal nome dello scopritore, il biologo giapponese Reiji Okazaki) che vengono

dall’enzima

successivamente saldati chimicamente tra loro DNA-ligasi.

In questo modo, il filamento veloce e i frammenti di Okazaki sono sintetizzati in direzione 5'--> 3',

ma la costruzione discontinua della catena ritardata (filamento lento) consente che la

polimerizzazione dei nucleotidi avvenga nella direzione corretta 5'--> 3',mentre la crescita

complessiva della catena è i