Genetica molecolare: DNA e RNA, duplicazione, trascrizione, traduzione e mutazioni

Cromatina e DNA

La cromatina è costituita da DNA, istoni e proteine non istoniche che si associano temporaneamente a sequenze specifiche con funzione trascrizionale/regolatoria.

L'eucromatina è attiva e viene trascritta, mentre l'eterocromatina è inattiva e non viene trascritta.

L'eterocromatina può essere costitutiva, con sequenze ripetute come centromeri e telomeri, o facoltativa, con la possibilità di variare il suo stato di compattamento ed essere espressa solo in alcuni casi, come ad esempio il cromosoma X che forma il corpo di Barr.

Gli istoni sono proteine molto basiche che si associano facilmente al DNA, che è acido. Sono altamente conservate e svolgono funzioni strutturali, come la formazione del nucleosoma, e regolatorie, attraverso modificazioni delle estremità N-terminali che regolano l'espressione dei geni.

Le classi degli istoni sono H1, H2A, H2B, H3 e H4.

Il nucleosoma è formato da un ottamero di proteine istoniche (due per ogni classe) associate tra loro e avvolto da circa due giri di DNA. Il DNA linker, invece, non è avvolto intorno al nucleosoma ma collega i nucleosomi tra loro.

nucleosomi

COMPATTAMENTO:

• bra da 11 nm: struttura "collana di perle" (istoni e DNA formano catena di nucleosomi)
• bra da 30 nm: l'istone H1 (1 x nucleosoma) devia DNA quando si allontana dall'o ametrola catena si avvolge come formare un solenoide (zig-zag)si creano interazioni tra le code degli istoni uscen dai nucleoosmi
• bra da 300 nm: solenoide si ripiega formando anse associate a un'impalcatura proteica(eucromatina)
• bra da 700 nm: la cromatina si ripiega e si avvolge ulteriormente su se stessa(eterocromatina)
• bra da 1400 nm: livello massimo di compattamento → CROMOSOMA MITOTICO lezione 5

GENOMA EUCARIOTI

geni DISCONTINUI: hanno tra non codi cannel nucleo e nei mitocondri (circolare-madre- > codificante)le sequenze possono essere altamente-moderatamente-poco/non ripetute

diviso in:

• DNA GENICO (geni+sequenze associate) - CODIFICANTE - NON CODIFICANTE: introni - promotori - regioni regolatorie - pseudogeni → perso

funzione→ solo esoni→ trascri asi inversa• DNA EXTRAGENICO (non codi cante → subisce + mutazioni → ≠ a seconda dell’individuo)- UNICO: sequenze presen in copia singola- RIPETUTO: - in TANDEM → satellite (5-200 nucleo di x mln volte) centromerofififififi tt tt tt ti ti ti ti tti fi fi ti ti ti ti tt fi tt ti tt ti fi ti tttt fi ti tt tt fiti tt tt fi tt fi tt→ microsatellite (5-10 nucleo di x 1000 volte) telomeri→ minisatellite (1-5 nucleo di x 10 volte)- DISPERSO → sequenze ripetute ma non di seguito (x rRNA)FAMIGLIE DI GENIgeni codi cano x proteine ≠ ma simili→ deriva da 1 gene che si è diversi cato: RICOMBINAZIONE:CROSSING OVER: CLASSICO = scambio di sequenze corrisponden tra i croma di di cromosomiomologhiINEGUALE = geni simili adiacen lungo il croma dio2 sequenze omologhe x stru ura ma non x posizione si appaianosu un croma dio la sequenza sarà ripetuta sull'altro sarà deletaDOMINIO = sequenze

amminoacidica comune a proteine ≠ (associata a funzione speci ca)↳ i geni che codi cano x ques domini sono sta ricombina troviamo = dominio in proteine ≠TRASPOSONIelemen mobili del genomastru ura: - estremi → sequenze ripetute (sequenze IR)- centro → seq. codi cante x enzima TRASPOSASI che perme e spostamento- trasposasi unisce sequenze IR formando un anello (con ene sequenza codi cante)- l'anello è staccato e inserito in un punto ≠ del genoma ( può a vare/ina vare un gene)RETROTRASPOSONI: trascri su RNA, retrotrascri su DNA e reinseri in un punto ≠ del genomalezione 6RNArRNA: si trova nel citosol (liberi o sul RER) e nel nucleolo (dove è sinte zzato)unità trascrizionale= DNA spaziatore (sequenza extragenica non trascri a) + geniRIBOSOMI: rRNA (omogeneo e conservato)+ proteine ribosomiali (eterogeneo)- procario (70S): mag.= 50S (5S + 23S + 34 prot.) min.= 30S (16S + 21 prot.)- eucario (80S): mag.= 60S (5S+ 28S + 5.8S + 49 prot.)

min.= 40S (18S+ 33 prot.) si autoassemblano molto conserva e trasmessi alle cellule glie+ ribosomi possono unirsi allo stesso mRNA x tradurlo = POLIRIBOSOMI tRNA: ada atore molecolare stru ura a "trifoglio": - stru ura secondaria molto stabile x la complementarietà tra le basi (steli) - agli estremi ha tra a singolo lamen dove le basi non sono complementari (anse) - ansa in basso = ANTICODONE (complementare a una triple a dell'mRNA) - estremità 3': CAA+adenina (lega amminoacido corrispondente alla triple a dell'an codon) AMMINOACIL-TRNA-TRANSFERASI: lega tRNA e amminoacido usa ATP → AMP lega amminoacido che si a acca al COOH del tRNA → AMP si stacca VACILLAMENTO: codon e an codon → complementarietà perfe a tra le prime due basi basi che occupano 3° posizione non sempre complementari uno stesso tRNA può associare + codoni sull'mRNA stru ura stabile trasmessa alle cellule glie mRNA: porta informazioni da DNA ai

1. ribosomicon ene extrasequenze 3’ UTR e 5’ UTR (non contengono info e non sono trado e)procario : ogni mRNA porta info x 3 proteineeucario : 1 mRNA = 1 proteinati tttttt tt tititi titi fi tt ti tti fi tti ti fi fi ti fi ti fi ti tt ti ti tti ti titi ti tt tt tti tt tititi titi tttt tti fi tt fi ti tt ti fi
2. LINEARE: stru ure secondarie non perme ono traduzione
3. ETEROGENEO: sequenza diversa a seconda del gene che hanno copiato
4. INSTABILE: è + facilmente a accabile dalle nucleasi, se non serve + è degradato
5. MATURAZIONE mRNA

solo negli eucario : se non avviene mRNA è degradato nel nucleo e non passa al citosol

• CAPPING 5’:
• guanosina si lega ai P del C5 (sono sta aggiun ) → costrascrizionale
• guanosina è me lata in posizione 7 → anche i nucleo di adiacen sono me la
• preserva dalla degradazione delle esonucleasi
• POLIADENILAZIONE 3’:
• Poli-A polimerasi aggiunge 100 residui di adenina al 3’
• a vata da segnale di

poliadenilazione: AAUAAA → solo se c’è cap 5’- protegge da esonucleasi e perme e traslocazione nel citosol•

SPLICING: - durante la trascrizione gli introni sono eliminati- proteine di splicing riconoscono sequenze specifiche che: - sito donatore= GU (5’ introne)- sito accettore= AG (3’ introne)- branch point A= -30 dal 3’- svolte da snRNP (snRNA + proteine) = U1-U2-U4-U5-U6- U1 lega sito donatore, U2 lega branch point A → si associano e si forma un ansa- U4 U5 U6 si associano (=spliceosoma) → taglio prima al sito 5’ poi al sito 3’- introne si stacca ed è degradato, esoni si uniscono e snRNP si staccano

possono esistere sia alternative vie di splicing o di poliadenilazione

se sono utilizzate si creano proteine diverse dallo stesso mRNA (proteine tronche o con esoni mancanti)

lezione 7

CODICE GENETICO

3 basi = 1 amminoacido → come si è scoperto?

- poli-U = fenilalanina poli-A = lisina poli-G = glicina poli-C = prolina

- poi

ACACACA… = treonina e isoleucina- se invece alterno 3 basi trovo una catena di amminoacidi tutti uguali → 3 basi = 1 amminoacido. Quindi ci sono 64 triple che codificano per i 20 amminoacidi.

DEGENERATO: alcune triple possono codificare per lo stesso amminoacido (questo difende da errori/vacillamento).

Non DEGENERE: ogni triple codifica per un solo amminoacido.

UNIVERSALE: il codice genetico è lo stesso in tutte le cellule, sia procariote che eucariote (eccezione: mitocondri).

Codoni di stop = UGA, UAA, UAG.

Codone d’inizio = AUG.

TRADUZIONE:

Procariote: l'inizio della traduzione avviene grazie alla sequenza di SHINE-DALGARNO al 5’ dell'mRNA (-10 da AUG).

Eucariote: l'inizio della traduzione avviene grazie alla sequenza ZODAC prima di AUG, che permette al ribosoma di associarsi.

RIBOSOMA:

Sito P (peptide): tRNA con catena peptidica in formazione.

Sito A (amminoacido): tRNA che porta il nuovo amminoacido.

Sito E (exit): tRNA senza amminoacido che deve staccarsi.

Processo:

- Il subunità minore del ribosoma si lega e scorre fino ad AUG.

- Si lega il tRNA con metionina (GTP).

- Si lega la subunità maggiore in modo che il tRNA sia posizionato nel sito P.

nel sito P- fa ori di inizio legano 5' e 3' e circolarizzano l'mRNA- nuovo tRNA si associa al sito A (GTP) -> fa ori di allungamento- PEPTIDILTRANSFERASI (ribozima del ribosoma): lega i 2 amminoacidi- la catena polipeptidica è nel sito A -> traslocazione (GTP) : ribosoma scorre, peptidico al sito P- tRNA vuoto si sposta al sito E, nuovo tRNA si lega al sito A...tt ti ti ti tt ti ti ti ti ti tt tt ttti tt tt tti ti ti fi ti fi fi fitttt ti ti ti tt ti ttitt ti fi ti ti tt ti ti ti ti ti- codon si stop occupa sito A -> non si lega tRNA ma fa ori di rilascio- tRNA si stacca dal sito P, peptidico rilasciato, subunità ribosomiali si dissocianoGTP x associare tRNA all'mRNA e per spostare il ribosoma lo stesso mRNA è tradotto o + volte nchè non è degradatoMUTAZIONI PUNTIFORMI- MISSENSE: sostituzione di 1 nucleotide -> amminoacido ≠ proteina ≠- amminoacido = -> mutazione SILENTE- NON-SENSE: sostituzione di un nucleotide -> codondi stop → proteina tronca- FRAME-SHIFT: addizione/delezione di un nucleo de → sposta cornice le ura → prot. troncamutazioni CROMOSOMICHE: traslocazioni/duplicazioni di par di cromosomamutazioni GENOMICHE: n° cromosomi lezione 8TRASCRIZIONE- AMPLIFICAZIONE GENICA: da un gene o engo + mRNA- no primer- usa ribonucleo di trifosfato- legge 3’-5’ sinte zza 5’-3’RNA POLIMERASI: procario →1 unicaeucario → I: rRNA 28S 18S 5.8SII: mRNAIII: rRNA tRNA altri piccoli RNAprocario : + subunità: σ porta la polimerasi sull’inizio di trascrizione (si stacca e lega un’altra pol.)σ70: x trascrizione in condizioni normaliσ32: x trascrizione in condizioni di shock termicoPROMOTER: sequenze di inizio della trascrizione- procario : -10 (TATA/PRIBNOW BOX) e -35 dal 1° nucleo de trascri o- eucario : -25 dal 1° nucleo de trascri o (TATA BOX/HOBNES)procario :- sub. σ si associa alla RNA polimerasi e la portaalla TATA BOX x poi staccarsi- RNA polimerasi sinte zza RNA- l'ul mo tra o trascri o ha basi complementari e forma stru ura secondaria• ρ dipendente: ρ riconosce la stru ura e stacca RNA polimerasi• ρ dipendente: la stru ura secondaria fa da segnale x staccare RNA polimerasieucario : servono GTF (posizionano polimerasi) e TF speci ci x ogni gene (posizionano GTF)- sono necessari a vatori e co-a vatori x rendere croma na ada a alla trascrizione- TFIID (con ene TBP: tata binding protein) si associa alla TATA BOX ripiegando DNA- in questo modo anche a vatori (TF speci ci a monte) possono legarsi alla polimerasi- TFIIB si le