Riassunti genetica 4

Avery e collaboratori con i batteri, l’obiettivo di questo esperimento era

verificare che il batteriofago T2 durante infezione inietti DNA ma non le

proprie proteine. Hershey e Chase fecero sviluppare colonie del batterio

E coli in presenza di radio isotopi, in particolare alcune colonie di

batteri vennero ottenuti utilizzando terreni di coltura contenenti un

isotopo radioattivo del fosforo (32p) e uno del zolfo (35s). in un secondo

momento i fagi vennero impiegati per infettare tali colonie di E coli. In

questo modo il radio isotopo del fosforo poteva essere incorporato nel

DNA dei fagi e allo stesso modo quello del zolfo poteva essere

incorporato nelle proteine dei fagi. Con questi due campioni di virus,

uno radioattivo per il 32p e uno radioattivo per il 35s, venero poi infettati

batteri cresciuti su un terreno di coltura normale. Dopo circa 10 minuti,

le colonie di E coli, infettate dai fagi vennero sottoposte prima a

vibrazione in un agitatore allo scopo di distaccare le teste e quindi i

capsidi dei fagi delle cellule dei batteri e poi a centrifugazione al fine al

fine di separare le cellule batteriche dalle particelle fagiche. Il ricorso

alla centrifuga per ottenere nelle provette un sedimento formato da

cellule batteriche e un supernatante contenente essenzialmente

particelle fagiche, a conclusione dell’esperimento, misurarono la

radioattività nelle due frazioni residue. La radioattività risultava

concentrata nel sedimento vale a dire all’interno delle cellule

batteriche, quando i batteri erano stati infettati c on i fagi che avevano

incorporato 32p. Quando invece i batteri erano stati infettati con i fagi

che avevano incorporato 35s la radioattività veniva riscontrato

soprattutto nel super natante. Nel caso dei fagi marcati con 32p, la

maggior parte della radioattività individuata nelle cellule

batteriche(sedimento) dimostrava che il DNA del fago era entrato nei

batteri mentre nel caso dei fagi marcati con 35s indicava che le

proteine del fago non erano passate nei batteri. L’esperimento permise

di concludere che solo il DNA era entrato nel batterio , le proteine del

fago invece costituivano invece il materiale di rivestimento esterno. Nel

1956 fu dimostrato che anche nei virus il materiale genetico è costituito

dagli acidi nucleici. Utilizzando il virus del mosaico del tabacco venne

provato che il suo materiale genetica era rappresentato dall’ RNA e non

dal DNA. Questo virus denominato TMV cioè tobacco mosaic virus, è

costituito da due componenti chimiche principali, acidi ribonucleici e

proteine assemblati insieme a formare insieme una struttura elicoidale.

Una particella del virus del mosaico del tabacco include un singolo

filamento di RNA avvolto a spirale e rivestite da 2130 subunità

proteiche uguali. Gierer e Schramm riuscirono a separare l’RNA del

virus dall’involucro di proteine , quando piante di tabacco erano

inoculate utilizzando usando tale RNA purificato, le foglie

manifestavano le tipiche lesioni indotte da virus. Queste lesioni non

venivano invece osservate quando le piante venivano invece inoculate

con le proteine virali oppure con RNA trattato impiegando ribonucleasi.

I risulatati ottenuti indicavano che l’RNA era il materiale genetico del

virus. Conrat e Singer riuscirono ad isolare le componenti proteiche e

gli acidi ribonucleici da due diversi ceppi del virus TMV per poi riuscire

a ricostruire particelle infettive unendo l’RNA di un ceppo virale con le

proteine dell’altro ceppo e viceversa. Inoculi dei virus originali e di

quelli riassemblati vennero infine impiegati per infettare foglie di

tabacco e così fu possibile dimostrare che il tipo di lesione dipendeva

dall’acido nucleico e non dalla proteina. Il materiale ereditario doveva

necessariamente contenere tutta l’informazione per la struttura e la

funzione delle cellule in un organismo e doveva replicarsi

accuratamente in modo che tutte le nuove cellule formatosi per

divisione condividano lo stesso patrimonio genetico della cellula di

partenza. Inoltre doveva possedere una struttura sufficientemente

stabile ma allo stesso tempo in grado di subire cambiamenti ereditari

cioè mutazioni. Nel 1931 Levene dimostro che gli acidi nucleici sono

costituite da grosse molecole che per idrolisi totale producono unità più

semplici detti nucleotidi, ognuno dei quali è formato da un gruppo

fosfato, uno zucchero pentoso e una base azotata. Il gruppo fosfato

deriva da una molecola di acido fosforico. Gli acidi nucleici con cinque

atomi di carbonio sono il ribosio e il deossiribosio, il primo ha un atomo

di ossigeno in meno rispetto al ribosio in posizione 2’ cioè posizione

due primo: C5H10O4 e C5H10O5. Le basi azotate possibili sono 5 divise

in due gruppi, purine e pirimidine, delle prime fanno parte l’adenina e la

guanina che hanno una struttura a doppio anello, mentre delle seconde

fanno parte citosina timina e uracile e hanno struttura a singolo anello.

Ovviamente lo zucchero presente nel DNA è il deossiribosio mentre

quello presente nell’RNA è il ribosio. Nel DNA possono trovarsi quattro

diversi tipi di nucleotidi che differiscono tutti per la base azotata , così

come nell’RNA. Tuttavia la timina è presente solo nel DNA e nell’RNA al

suo posto è presente l’uracile. Il DNA è localizzato prevalentemente nel

nucleo e rappresenta il costituente dei geni e quindi dei cromosomi

insieme alle proteine mentre l’RNA è concentrato nel citoplasma in

corrispondenza dei ribosomi. La combinazione dello zucchero con la

base azotata prende il nome di nucleoside. Un legame di tipi glicosidico

si stabilisce tra il carbonio 1’ dello zucchero e l’azoto in posizione 9

delle purine o l’azoto in posizione 1 delle piramidine. Il nucleotide è il

risultato dell’unione del gruppo fosfato al nucleoside detto anche

nucleoside fosfato. In questo caso si stabilisce un ponte ossigeno,

legame fosfodiesterico, tra il carbonio 5’ del nucleoside e il fosforo

dell’acido ortofosforico. Chargaff e collaboratori analizzarono la

composizione delle basi cioè la proporzione dei quattro diversi

nucleotidi riuscendo a dimostrare che la composizione era molto

diversa fra un organismo e l’altro ma che in proporzione adenina era

uguale a timina e che citosina era uguale a guanina e i suoi risultati

condussero ad ipotizzare che i due tipi di basi nel DNA dovevano

trovarsi appaiati. Watson e Crick trovarono la struttura completa del

DNA e per fare ciò utilizzarono anche i dati della cristallografia ai raggi

X sulla struttura del DNA forniti da Franklin e Wilkins. Secondo il loro

modello il DNA aveva una struttura ad elica altamente ordinata e

formata da due filamenti con substrutture ripetute regolarmente lungo

l’asse della molecola. Inoltre l’elica aveva un diametro di due nanometri

e fosse caratterizzata dalla presenza di gruppi omogenei ogni 0,34

nanometri lungo l’asse della molecola. Watson e Crick proposero che il

DNA avesse una stuttura a doppia elica destrosa con le due catene

polinucleotidiche antiparallele avvolte una sull’altra a spirale. Ogni

filamento di DNA è un polinucleotide, inoltre la formazione di una

catena polinucleotidica richiede l’unione di un gruppo fosfato attaccato

all’atomo di carbonio in 5’ dello zucchero di un nucleotide e il carbonio

in posizione 3’ dello zucchero del nucleotide precedente mediante un

legame fosfodiesterico( pagina 176 figura 4.14). I gruppi fosfato e i

zuccheri pentosi formano così lo scheletro di un filamento mentre le

basi azotate sono situate perpendicolarmente all’asse dell’elica e

sporgono dallo scheletro stesso. Le basi azotate del DNA sono tenute

insieme da legami ad idrogeno. L’appaiamento delle basi è molto

specifico poiché adenina è sempre unita a timina e guanina è sempre

unita a citosina da tre legami ad idrogeno. Quindi in un qualsiasi punto

della molecola si può avere tra coppie complementari un legame del

tipo A=t T=A C=G e G=C. in base alla struttura e alla dimensione delle

basi, risulta evidente che solo una disposizione ordinata tra coppie può

consentire una formazione regolare di eliche con diametro costante.

Una molecola di DNA contiene quindi sequenze specifiche e

complementari di nucleotidi e inoltre l’informazione genetica non può

che essere riconducibile alla sequenza delle basi azotate. Le

caratteristiche principali del DNA sono:1) la struttura consistente in due

catene polinucleotidiche antiparallele cioè la polarità opposta(entrambi

i filamenti sono orientati in modo 5’(P)>3(oh) , ma in direzioni opposte

avvolte una intorno all’altra a formare una doppia elica destrosa ( i due

filamenti si avvolgono in senso orario lungo il loro asse),2) lo scheletro

formato da ripetizioni di gruppi fosfato e zuccheri pentosi costituisce la

parte esterna della doppia elica mentre le basi azotate sono orientate

verso l’asse centrale e i filamenti opposti sono uniti da legami specifici

tra coppie di basi che garantiscono una complementarietà tra sequenza

nucleotidiche e un diametro costante della doppia elica, 3)la presenza

di coppie di basi distanziate regolarmente di 0,34 nanometri lungo la

doppia elica e la lunghezza di 3,4 nanometri equivalenti ad un giro

completo dell’elica implicano il coinvolgimento di 10 nucleotidi, 4) le

unità di zuccheri e gruppi fosfati a causa del tipo del tipo di legame tra

le basi, vengono a trovarsi a distanze diverse dall’asse centrale

dell’elica, originando così due tipi di solchi. Oltre al modello a doppia

elica descritto da Watson e Crick che rappresenta la forma

predominante in natura cioè DNA-B, esistono altre due forme alternative

cioè DNA-A e DNA-Z. La prima forma sempre a doppia elica destrosa,

rappresenta una forma disidratata e compatta che compie un giro

completo ogni 10,4 basi mentre la seconda è sinistrosa ed è costituita

da una forma più sottile e allungata con andamento a zig-zag e che

compie un giro completo ogni 12 coppie di basi. In condizioni

fisiologiche normali la forma B è prevalente su quella A, mentre

riguardo a quella Z, indagini eseguite negli ultimi anni hanno suggerito

un possibile ruol nel processo dei trascrizione. A differenza del DNA,

l’RNA è costituito da un singolo filamento composto da una catena

polinucleotidica. La struttura primaria di un filamento di RNA è simile a

quella di un filamento di struttura primaria di DNA, con la similarità del

ribosio come zucchero pentoso e dell’uracile come base azotata. Ogni

divisione cellulare è sempre preceduta da una duplicazione del

materiale ereditario. Watson e Crick ipotizzarono per primi che la

molec