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L'informazione genetica
L'informazione genetica è contenuta nella sequenza di basi azotate della catena del DNA. Il genoma dei procarioti è costituito da una sola molecola di DNA circolare chiusa covalentemente e presente nel citoplasma, poiché nei procarioti non c'è la membrana nucleare. Le due eliche del DNA sono disposte in direzioni opposte (un'elica va in direzione 5'-3' e l'altra in direzione 3'-5'). I due filamenti sono disposti in senso antiparallelo. L'adenina è unita alla timina da due legami a idrogeno, mentre citosina e guanina sono legate da tre legami a idrogeno. Le basi appaiate sono unite dai legami a idrogeno.
La PCR prevede una fase di denaturazione delle due eliche di DNA, ovvero devono essere separate. Successivamente, vengono attaccati due primer e la taq polimerasi va a copiare i due filamenti. Per separare le due eliche di DNA ci vuole energia, che viene fornita attraverso il calore. La separazione delle due eliche avviene a una certa temperatura di melting. In base alla
sequenza di basi presente nel pezzo di DNA da amplificare si può determinare la temperatura di melting. Una sequenza molto ricca in G-C (3 legami a idrogeno) ha bisogno di più energia perché bisogna separare 3 legami a idrogeno. Maggiore è il numero di G-C e maggiore è la temperatura per separare la doppia elica. I nucleotidi girano in senso antiorario. Per cui si dice che l'elica è destrorsa. Ha un senso di rotazione antiorario. Le due catene sono antiparallele ovvero la loro direzione è opposta rispetto alla posizione degli zuccheri. Un filamento ha all'estremità un gruppo 5' idrossile libero con un gruppo fosfato unito e l'altro filamento presenta un gruppo 3' idrossile libero. Il DNA delle cellule procariotiche è una molecola elicoidale a doppio filamento e circolare che è superavvolta nella cellula. A differenza delle cellule eucariotiche che presentano un involucro nucleare, le celluleLe cellule procariotiche non hanno la membrana nucleare.
Un'elica va in direzione 5'-fosfato (il fosfato è attaccato al gruppo C5')-3'-idrossile, mentre l'altra direzione 3'-idrossile-5'-fosfato.
La catena antiparallela va in direzione opposta.
Lo zucchero e il gruppo fosfato costituiscono lo scheletro della molecola.
Le basi azotate costituiscono l'informazione genetica e sono appaiate in maniera specifica.
I filamenti sono appaiati in maniera antiparallela.
Lo scheletro del DNA è un polimero che alterna uno zucchero e un fosfato.
I nucleotidi sono legati da un gruppo fosfato tra il carbonio al 3' e il carbonio 5' dello zucchero successivo.
Il legame è un legame fosfodiesterico.
La sequenza di nucleotidi costituisce la struttura primaria del DNA e codifica per l'informazione genetica.
Nelle cellule il DNA è a doppia elica.
Le eliche si uniscono grazie ai legami a idrogeno che si vengono a instaurare tra le basi azotate tra le due eliche.
L'appaiamento delle basi è specifico: la A si appaia specificatamente con la T, la G con la C. Le due eliche, in questo modo, sono complementari per la sequenza delle basi. La complementarietà è essenziale per l'antiparallela (una 5'-3') corretta replicazione delle molecole. Le due eliche sono disposte in modo antiparallelo (una 3'-5'). Le due eliche si avvolgono tra loro formando la doppia elica. L'elica forma due solchi, il solco maggiore e il solco minore. La maggior parte delle proteine che interagisce con il DNA interagisce con il solco maggiore perché lo spazio è più abbondante. La doppia elica ha una struttura regolare. Alcuni atomi nel solco maggiore e nel solco minore sono sempre esposti alle proteine per regolare l'espressione dei geni.
I superavvolgimenti sono inseriti o rimossi nel DNA (ci sono enzimi che inducono o rimuovono i superavvolgimenti) da degli enzimi detti topoisomerasi. La molecola del DNA viene messa sotto torsione.
L'inserimento dei superavvolgimenti richiede energia che deriva dall'ATP. Nella maggior parte dei batteri e degli Archeae sono le DNA girasi che inseriscono superavvolgimenti negativi tagliando la doppia elica. Il superavvolgimento non è tipico degli eucarioti perché è lineare, anche se il DNA deve essere compattato e per farlo avviene avvolto intorno alle proteine istone. I monomeri degli acidi nucleici sono detti nucleotidi. DNA e RNA sono dei polinucleotidi. Un nucleotide è formato da 3 componenti: uno zucchero pentoso (ribosio nel RNA e desossiribosio nel DNA), una base azotata e una molecola di fosfato. Un nucleoside ha uno zucchero pentoso e una base azotata, ma non include il gruppo fosfato. Il DNA esiste sotto forma di doppia elica costituita da due filamenti complementari. Quando l'elica viene aperta, viene denaturata, si può sintetizzare una nuova elica, un nuovo filamento complementare di ciascun filamento parentale.replicazione viene definita semiconservativa, ovvero le due doppie eliche risultanti consistono di una nuova elica, un nuovo filamento, e di un filamento parentale. L'elica del DNA usata per costruire l'elica complementare viene detto stampo (template strand). Nella replicazione del DNA ogni filamento parentale o elica parentale è il template per un filamento neosintetizzato. Il precursore di ogni nuovo nucleotide nell'elica del DNA è il desossiribonucleoside 5'-trifosfato. Durante l'inserimento di questa molecola, i due fosfato terminali vengono rimossi e il fosfato rimanente viene legato a un desossiribosio della catena nascente. L'aggiunta del nucleotide richiede la presenza di un gruppo idrossile libero disponibile solo all'estremità 3' della molecola. Questo porta a fatto che la replicazione del DNA procede sempre in direzione 5'-3', dove il 5'-fosfato del nucleotide che entra, che si sta attaccando.viene attaccato all'idrossile 3' del nucleotide addizionato prima.portare a supertorsioni dell'elica. La 3. Topisomerasi I va ad allentare le supertorsioni o superavvolgimenti del DNA, rilassandoli. (la DNA girasi è una Topisomerasi II)
L'enzima principale per la replicazione del DNA è la DNA polimerasi III. Il DNA viene replicato in 4. modo continuo da questo enzima nel filamento guida, ovvero quello che va verso l'apertura della forca replicativa. Il filamento lento viene replicato in modo discontinuo. La DNA polimerasi va sempre in direzione 5'-3': nel filamento guida, la polimerasi va nella stessa direzione dell'apertura della doppia elica del DNA, ovvero nella stessa direzione della forca, mentre nel filamento lento, il DNA lavora nella direzione opposta, antiparallela, alla forca replicativa, ma sempre in 5'-3'. La DNA polimerasi non inizia la sintesi del DNA da sola, ma deve per forza attaccarsi a un 3' OH libero. Una RNA polimerasi, detta prima, sintetizza un corto filamento di RNA,
Detto innesco di RNA. La DNA polimerasi III è in grado di copiare sia il filamento lento sia quello guida, iniziando dall'estremità 3' dell'RNA innesco, aggiungendo continuamente nucleotidi in modo continuo nel filamento guida finché non raggiunge il DNA precedentemente sintetizzato nel filamento lento, dove si ferma. Genera dei frammenti di DNA. Questi frammenti sono detti frammenti di Okazaki.
La DNA polimerasi III si ferma e interviene la DNA polimerasi I che ha attività esonucleasica, ovvero è in grado di rimuovere un nucleotide per volta l'RNA che funge da innesco. Inoltre, sintetizza il DNA complementare allo stampo per chiudere i "buchi" e creare un'unica e continua molecola di DNA. un legame tra l'estremità 3'-idrossile5. Interviene la DNA ligasi forma del filamento in crescita e quella 5'-fosfato di un frammento di Okazaki (tutto questo per il filamento lento). Sul filamento guida
è necessario un solo innesco a livello dell’origine. necessario un solo innesco di RNA all’inizio e poi la sintesi del DNA prosegue
Nel filamento guida è continua e lineare man mano che si apre la doppia elica nella forca replicativa perché la DNApolimerasi III aggiunge continuamente nucleotidi all’estremità libera 3’-OH. L’elicasi separa le due eliche.
Nel filamento copia, o filamento lento, la primasi deve sintetizzare diversi primer di RNA perché la DNA polimerasi sintetizza in direzione opposta rispetto all’apertura dell’elica. Si creano i frammenti di Okazaki. Interviene poi la DNA polimerasi I che va digerire ed eliminare i frammenti primer di RNA e a sostituirli con DNA. Alla fine, interviene la DNA ligasi che effettua il legame. La DNA polimerasi non forma il legame tra il 3’-OH e il 5’-fosfato, ma interviene la DNA ligasi che forma questo legame.
La DNA polimerasi III è coadiuvata dalla DNA
- polimerasi I.Dall'origine replicazione inizia la replicazione del DNA, il DNA si apre e si forma la forca di replicazione.
- Le due eliche si separano. Nella maggior parte dei casi la forca di replicazione è bidirezionale, ovvero va verso destra, ma anche verso sinistra.
- La replicazione del DNA avviene in tutti e due i sensi, sia verso destra, sia verso sinistra. Ci sono quindi due forche di replicazione.
- In una fase della replicazione del DNA, la molecola assume una struttura caratteristica che si chiama forma a teta. Le forche di replicazione sono due.
- Le due molecole neoformate si separano agli antipodi dell'Ori C (origine di replicazione). Da una molecola di DNA parentale si ottengono due identiche molecole di DNA figlie.
- I due filamenti del cromosoma iniziano a separarsi in preparazione alla replicazione. Si separano a partire da un sito, ovvero dalla sequenza Ori C (origine di replicazione). La replicazione è bidirezionale. Ci sono due forche di replicazione, una
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