Genetica

Struttura del DNA e dell'RNA

Le unità strutturali del DNA e dell'RNA sono i mononucleotidi, composti da una base azotata, uno zucchero pentoso e un gruppo fosfato.

Le basi azotate pirimidiniche, come citosina, uracile e timina, si legano bene con altre basi azotate pirimidiniche. Le basi azotate puriniche, come guanina e adenina, si legano bene con altre basi azotate puriniche.

La differenza principale tra DNA e RNA è che il DNA ha un gruppo -H in posizione 2', mentre l'RNA ha un gruppo -OH in posizione 2'.

I mononucleotidi sono uniti tra loro da legami fosfodiesterici (3' - 5'), che creano una catena con un'asimmetria o polarità. Questa polarità è importante perché tutte le reazioni e gli enzimi agiranno su un lato specifico della catena.

Nel 1953, J. Watson e F. Crick pubblicarono il modello della struttura del DNA, basandosi sugli studi precedenti dei loro colleghi. Essi notarono che la proporzione di adenine è uguale a quella delle timine e che la proporzione di guanine è uguale a quella delle pirimidine.

purine è uguale a quella delle pirimidine

Altri ricercatori con analisi a raggi X riuscirono a analizzare attraverso la deviazione dei raggi la struttura molecolare. Compresero che il DNA è fatto a eliche e che le basi sono distanti 3.4 Amstrong.

Alla fine della fiera Watson e Crick scoprono la struttura del DNA (e due catene appaiate antiparallele, attaccate per interazione idrogeno)

Ci sono diverse forme dei DNA:

- quella B forma A con andamento sempre destro

- ma più compatta l'ultimo tipo che trattiamo è il DNA Z

- doppia elica che ha andamento sinistro (è legato alla capacità in senso antiorario di regolare l'espressione genica delle sequenze promotrici) ha uracile e ossidrile in posizione

L'RNA è una catena polinucleotidica a singola elica (due primo) questa caratteristica dell'RNA fa sì che sia molto instabile. pag. 25

I cromosomi batterici hanno DNA in uno spazio non

delimitato da membrane(nucleoide) (non tutti i batteri hanno doppia elica ).

Negli eucarioti c’è più DNA ma più(variabilmente)condensato e piùlungo.

Gli istoni sono proteine basichecariche positivamente che istauranolegami elettrostatici con i gruppi(il DNA interagisce anche confosfatoproteine istoniche) (un istone per147 paia di basi)

Eucromatina, eterocromatina(si fa riferimento al DNA del nucleo in interfase ovviamente )

Eucromatina, si colora meno intensamente poiché il DNA è meno condensato. Il DNA di questa regione può venire trascritto.

Eterocromatina, si colora più intensamente perché è maggiormente condensata rispetto all’ eucromatina. Il suo stato non varia durante il ciclo cellulare. Vienedistinta in:

facoltativa: cromatina codificante che nella linea cellulare consideratao risulta condensata perché inattiva

costitutiva: contiene pochi geni generalmente inattivi; può avere un

ruoloo strutturale

Sequenze uniche e ripetute

Tre tipi di sequenze: quelle che

Negli eucarioti ci sono sequenze uniche presenti in singola coppia ( codificano per proteine). (con geni molto richiesti: istoni, geni

Ci sono sequenze mediamente ripetute globinici) (ripetute da 10 alla 3 e 10 alla quinta), alcune sequenze mediamenteripetute non sono codificanti

Sequenze altamente ripetute con lunghezza variabile a seconda della specie da (sequenze dei10 alla quinta a 10 alla settimacentromeri e dei telomeri)

Replicazione del DNA

Una doppia elica di DNA parentale si denatura e i duefilamenti parentali fanno da stampo per il nuovo DNA(replicazione semiconservativa).replicato pag. 26

La replicazione inizia nei procarioti nel origine di replicazione mentre negli eucarioti cisono molte origini, aperta l’elica ci sono due forche replicative.

La DNA polimerasi replica sempre da 5’-3’, esistono diversi tipi di polimerasi e tutti(corregge la doppia elica quando lo spessore

è superiorehanno attività esonucleasicaa 20 A) (solo la DNA polimerasi ha attività esonucleasica 5’-3’ ).unita)nell’E. coli l’origine di replicazione è complessata ( al mesosoma batterico quindiquando si separano le membrane si separano anche i DNA.Problemi da risolvere durante la replicazione:Quando il filamento è singolo non è stabile quindi intervengono le single-stranded blindigin proteins che si legano alla catena.Il filamento a monte si super avvolge questo problema viene risolto usando (che taglia tutti e due i filamenti) (che tagliano sono ungirasi o le topoisomerasifilamento) (sono delle nucleasi perché tagliano il legame fosfodiesterico ).un estremità 3’-HLe DNA polimerasi hanno bisogno sempre di un innesco (libera) (RNA polimerasi).interviene una DNA primasiSiccome le polimerasi fanno solo 5’-3’ per l’altro filamento della forcella (con attività

esonucleasica anchereplicativa servono le DNA polimerasi 1inversa) che formano i filamenti di Okazachi.

Replicazione DNA degli eucariotiC’è più DNA e di conseguenza più DNA polimerasi, si trova avvolto in ottameri di istoni.sequenze di

Essendo la quantità molto elevata ci sono molte origini di replicazione (replicazione autonoma).

Un altro problema negli eucarioti è che il DNA ha solo filamenti lineari e quindi sui(e mettendo unatelomeri deve usare come stampo l’RNA allungando il telomerosequenza primer) a questo punto una DNA polimerasi può fare anche la parte(ogni specie ha la sua caratteristica sequenza telomericaterminale del telomerol’uomo ha TTAGGG).

Però la maggior parte delle cellule somatiche non hanno la telomerasi attiva quindi aogni ciclo replicativo vanno a perdersi delle basi, la conseguenza è l’invecchiamentocellulare. questo rapporto si mantiene

Le cellule si dividono un numero di volte

Le mutazioni

Attraverso il test di fluttuazione fatto da Luria e Delbruck, si è dimostrato che le mutazioni si originano in modo casuale, (stato verificato con la valutazione della capacità di crescita su terreno di coltura).

Test: se E. coli vengono poste con fago T1 sono in grado di produrre cellule resistenti? Ma soprattutto il fago agisce come selezionatore dei coli che resistono oppure è proprio lui a far sviluppare la resistenza a sé stesso?

Avevano preso 10 colture batteriche indipendenti, dopo un po' si è messo il fago T1 e poi la coltura è stata spalmata sulla capsula di Petri, poteva succedere che:

• il numero di cloni simile per tutte le colture (cambiamento fisiologico e casuale)
• il numero di cloni è molto variabile (è il fago che dirige la mutazione)

Il fatto della prima ipotesi ci fa apprezzare come sia bassa la varianza e ci indica che la variabilità è estremamente

Elevata considerando colture indipendenti. È alla base dalleLa mutazione introduce nuove varianti alleliche nelle popolazioni (variabilità genetica stessa) Questo processo di mutazione è limitato da varie cose: (quindi è improbabile cambiare proprio quellail DNA codificante è solo l'1%).

Quindi non il DNA codificante è replicato tendenzialmente per primo in fase S (dovrebbe esserci carenza di materie prime che fermerebbe la replicazione) nelle cellule differenziate solo una piccola parte del DNA codificante viene espresso.

Quindi le origini delle mutazioni: (con meccanismi endogeni che danneggiano il DNA spontanee) pag. 28 (con esposizione ad agenti che aumentano la frequenza di mutazione indotte).

Le mutazioni si dividono in:

Mutazioni minori: (che riguardano pochi nucleotidi), Mutazioni semplici o Espansioni o riduzioni di sequenze ripetute o Grosse anomalie (alterazioni cromosomiche di struttura o numeriche).

26/11/2021 le mutazioni

semplici:le sostituzioni di basi, distinte in transizioni e transversioni

si cambia il modulo di lettura)delezioni, perdita di uno o pochi nucleotidi

si cambia il modulo di lettura)inserzioni, acquisizione di uno o pochi nucleotidi

SostituzioneTransizione:Tra basi puriniche, una adenina con una guanina

Tra basi pirimidiniche, una citosina con una timina

Transversione:Da una base purinica a una pirimidinica e viceversa

Nel genoma sono più frequenti le mutazioni per transizione rispetto a quelle per transversione perché l'appaiamento delle basi influenza il diametro che viene controllato dalla (si ha una grossa differenza di ben uncellulaanello per una transversione).

Soprattutto nelle regioni introniche che non hanno un valore nella selezione mi aspetto di trovare più transizioni. pag. 29

Meccanismi spontanei di insorgenza della sostituzione:(errore intrinseco della DNA polimerasi) (la correzione delle

errori di replicazione bozze abbassa la

1. Probabilità di errore di diversi ordini di grandezza o il 99% degli errori)². Tautomeria cheto-enolica e ammino-imminica (delle alterazioni di livello energetico sfavorevole) (le basi quando sono in catena non possono cambiare isomero se non quando il DNA è a singola elica) la conseguenza di questo shift tautomerico farà variare la catena che verrà (lancia la mano e nasconde il copiata su questa sasso) poi quando la catena sarà di nuovo singola è possibile che la base torni normale a mammt.

2. Perdita della base, può succedere che il DNA perda delle basi azotate semplicemente per danno spontaneo, nella maggior parte dei casi questo danno viene riparato dalle insertasi.

3. Deaminazione, sostituzione di un gruppo amminico in una base quindi la citosina può diventare (che però solitamente viene subito tolta in quanto tipiche del RNA). Un'altra deaminazione succede su delle o (5-metilcitosine) (è un sistema particolare).