Riassunto esame Biologia applicata, prof. Bocchio Chiavetto, libro consigliato Biologia, Solomon, Berg, Martin

TRADUZIONE

I principali attori del processo di sintesi proteica:

• RNA trasfer (tRNA) presentano una struttura a trifoglio con tre diverse anse (loop). L’ansa centrale contiene l’anticodone e

l’amminoacido in estremità 3. Per i tRNA ci sono 3 siti di legame A, P e E.

¾ Il sito P (sito peptidilico) vi è il tRNA che porta la catena polipeptidica che si sta formando

¾ il sito A (sito amminoacilico) in cui entrano i tRNA con il nuovo amminoacido da legare

¾ il sito E (sito di uscita) dove i tRNA che hanno portato gli amminoacidi si staccano dal ribosoma

• ribosomi sono costituiti da due subunità di proteine e rRNA.

La subunità minore si incastra nella cavità della subunità maggiore. Nello spazio tra le due subunità ci sono gli mRNA.

La traduzione inizia con la formazione di un complesso:

1) la subunità ribosomiale minore riconosce il codone di start (AUG) e si lega all’mRNA

2) il tRNA iniziatore/codone di start che porta l’amminoacido metionina si lega all’mRNA.

3) Infine la subunità ribosomiale maggiore si lega e da inizio alla sintesi proteica.

La fase di allungamento è costituita da 4 passaggi: à

1) Il tRNA che porta l’amminoacido corrispondente al codone nel sito A si lega all’mRNA con il suo anticodone

à

2) Il gruppo amminico dell’amminoacido sul sito A è allineato con il gruppo carbossilico dell’amminoacido su P e si forma il legame

peptidico ad opera della peptidil transferasi (un rRNA)

3) A questo punto avviene la traslocazione: il ribosoma scorre sull’mRNA e avanza di un codone (tramite GTP) in direzione 5’3’.

Il tRNA non carico si sposta dal sito P al sito E ed esce dal ribosoma.

4) I passaggi 1, 2 e 3 si ripetono fino a quando arriva il codone di stop (UAA, UAG, UGA).

A questo punto avviene la fase di terminazione:

1) Il fattore di rilascio (proteina) entra nel sito A e causa la rottura del legame tra il tRNA e la catena polipeptidica formata.

2) Completata la sintesi le proteine chaperone che aiutano la nuova proteina a ripiegarsi e ad assumere la conformazione corretta

MicroRNA sono RNA interference (RNAi)(regolano l’espressione genica) a singolo filamento di 20-25 nucleotidi, capaci di legarsi

all’mRNA dei geni bersaglio e di inibirne la traduzione. 10. Mutazioni

à

I fattori di trascrizione sono proteine modulari con più di un dominio che legano il DNA e un attivatore/repressore della trascrizione

per aumentarne l’efficienza

à

Mutazioni puntiformi avviene la sostituzione di una base del DNA, che può alterare la sintesi proteica.

Si possono verificare 3 situazioni:

1) Mutazione silente, produce la trascrizione di un codone sinonimo a quello corretto, per cui la sequenza degli amminoacidi non

cambia.

2) Mutazione di senso, provoca la sostituzione di un amminoacido con un altro. La mutazione produce la trascrizione di un codone

non sinonimo a quello corretto.

3) Mutazione di non senso, provoca la trascrizione di un codone di stop per cui la sintesi si interrompe. 15

4) Mutazioni frameshift una o due coppie di basi del DNA vengono inserite o eliminate dalla sequenza. Tutti i codoni a valle della

mutazione indicheranno una sequenza di amminoacidi completamente diversa che genera una proteina aberrante.

Le mutazioni di senso possono avere effetti più o meno marcati a seconda di quali amminoacidi si sostituiscono nella proteina:

• una sostituzione di un amminoacido nel sito attivo di un enzima può alterare completamente la funzionalità della proteina.

• se si modifica un amminoacido della struttura esterna questo può dare solo delle leggere differenze.

• se viene sostituito un amminoacido con un altro con caratteristiche chimiche simili l’effetto può essere limitato.

Agenti mutageni fisici o chimici provocano mutazioni (es. i raggi X, gamma ultravioletti). Tra i mutageni chimici ci sono sostanze che

sono anch’esse purine o pirimidine e quindi possono essere incorporate per sbaglio nel DNA al posto dei corretti nucleotidi.

à

Polimorfismo genetico Quando una variazione genetica supera la frequenza dell'1% nella popolazione.

Generalmente le conseguenze di questi polimorfismi non sono drammatiche, sono silenti o modificano leggermente la proteina. Alcuni

possono influenzare la suscettibilità alle malattie multifattoriali umane.

Esempi: variazioni geniche che influenzano il colore della pelle o degli occhi o l’altezza, gruppi sanguigni ABO.

• SNPs (Single Nucleotide Polymorphism) sono sostituzioni di una base del DNA con un’altra.

Es: una A si sostituisce ad una G. Nella popolazione ci saranno quindi 3 diversi genotipi con frequenze variabili: GG, AG e AA

• Polimorfismi microsatellite sono sequenze ripetute di coppie/triplette di basi, in lunghi blocchi. Dal momento che prensentano una

grande variabilità nel numero di ripetizioni vengono utilizzati nelle scienze forensi nei test di paternità o nella ricerca degli autori di

delitti (DNA fingerprinting).

Regolazione genica

Negli organismi pluricellulari le cellule sono differenziate per svolgere delle specifiche funzioni nei vari organi e tessuti, ma hanno tutte

lo stesso DNA e cioè contengono tutte le stesse informazioni genetiche.

Apparentemente, le nostre cellule muscolari differiscono da quelle nervose soprattutto perché esprimono geni differenti.

Regolazione della cromatina

In alcune zone cromosomiche la cromatina è altamente condensata (eterocromatina) e in questo modo inattiva i geni che sono

codificati in quelle aree. I geni dell’eterocromatina non vengono trascritti perchè non sono accessibili. I geni che devono essere più

espressi invece si trovano in regioni in cui la cromatina è meno riavvolta (eucromatina) e sono facilmente accessibili per la trascrizione.

Per questo le cellule devono regolare il livello di «avvolgimento» della cromatina e quindi il passaggio da eterocromatina a eucromatina

attraverso modificazioni degli istoni e metilazione del DNA.

Meccanismi epigenetici

• modificazioni chimiche negli istoni. Alle code degli istoni vengono attaccati gruppi metilici, gruppi acetilici, zuccheri e proteine che

rendono più o meno accessibili per la trascrizione i geni vicini a quegli istoni.

• metilazione del DNA: alcuni enzimi aggiungono gruppi metilici a determinate citosine.

I meccanismi epigenetici sono molto importanti per spiegare le interazioni tra genoma e ambiente, i meccanismi di cambiamento dei

fattori ambientali che provocano cambiamenti nell’organismo passano tramite modificazioni epigenetiche.

La metilazione del DNA tende ad aumentare in alcuni individui con il passare dell’età e invece diminuisce in altri probabilmente per

interazione con gli stimoli ambientali.

Gli enhancer (intensificatori) ed i silencer (silenziatori) sono sequenze di DNA regolatrici della trascrizione genica che contribuiscono

alla formazione del complesso di inizio della trascrizione o la inibiscono e sono in grado di modificare la velocità di trascrizione.

Regolazione post-traduzionale

• Maturazione di precursori inattivi che poi vengono processati per generare la proteina attiva.

• Modificazione chimica della proteina con l’aggiunta o la rimozione di gruppi funzionali (es. gruppi fosfato) per evitare che si formi

più che la sua quantità.

• Degradazione delle proteine prodotte, che non sono più necessarie.

La proteina da degradare viene marcata con l’ubiquitina e viene degradata dai proteasomi che sono strutture macromolecolari che

contengono proteasi (enzimi che degradano le proteine, idrolizzando i legami peptidici).

11. Le biotecnologie

Le tecnologie del DNA ricombinante hanno reso possibile lo sviluppo di nuovi vaccini e nuovi farmaci più sicuri ed efficaci.

In particolare è stato possibile far si che le cellule di batteri o di lieviti producano delle proteine umane (es. insulina e ormone della

crescita).

È stato possibile ottenere nuovi vaccini più protettivi e meno rischiosi dei vaccini uccisi, svantaggiosi poiché erano necessari molti

richiami per mantenere la protezione e dei vaccini vivi attenuati, rischiosi per soggetti con deficit immunitari in quanto era possibile

che il patogeno attenuato possa indurre la malattia oppure era possibile che un microrganismo attenuato ritorni alla sua forma

originaria

• Un vaccino ricombinante è il vaccino contro l'HBV (epatite B) efficace nel prevenire epatiti e le neoplasie del fegato conseguenti.

• Vaccini basati sulle VLP (strutture simili ai virus ma che non sono in grado di dare malattia). Uno è quello contro il papillomavirus

(HPV) efficace nel prevenire i tumori della cervice uterina ed i papillomi genitali. 16

Il Progetto Genoma Umano (HGP) è stato uno dei più grandi progetti di ricerca in campo biologico del 900. Hanno collaborato il

National Institutes of Health (NIH), la Celera Corporation di Craig Venter e altri enti in USA, Canada, UK, Nuova Zelanda.

L’obiettivo del progetto consisteva nella mappatura ed identificazione di tutti i geni presenti nel genoma umano. Grazie a questo

progetto oggi si dispone dell’intera sequenza del genoma umano è scaricabile da internet.

Junk DNA è costituito da sequenze che non vengono mai tradotte in polipeptidi. Questa componente in realtà è molto eterogenea e

comprende anche tratti di DNA che svolgono diverse funzioni, ad esempio è utile al meccanismo dello splicing alternativo.

Le tecniche di NGS (Next Generation Sequencing) consentono di sequenziare grandi genomi in due giorni attraverso la lettura multipla

e parallela di singoli frammenti di DNA. Vengono utilizzate nella pratica clinica per la diagnosi ad es. di malattie rare o per studi di ricerca

genetica.

la proteomica studia dei trascritti (mRNA), i livelli delle diverse proteine, delle loro isoforme e la loro attività.

Con le tecniche di proteomica (l’elettroforesi bidimensionale, spettroscopie di massa), è possibile analizzare contemporaneamente

centinaia di proteine espresse in un tessuto.

Organismi transgenici sono organismi nei quali sono stati inseriti geni provenienti da un altro organismo di specie diversa

Gli animali transgenici si ottengono iniettando il gene di interesse all’interno del nucleo di una cellula uovo fecondata.

Utilizzare animali trangenici è una strategia promettente per lo sviluppo di nuovi farmaci per curare le malattie ancora senza cura.

Alcuni animali transgenici come pecore, mucche, capre vengono oggi utilizzati per produrre latte contente delle proteine che agiscono

come farmaci (pharming). Gli animali transgenici vengono utilizzati anche per scoprire le funzioni di un gene.

Il Clonaggio è un insieme di tecniche con le quali è possibile ottenere più copie di una determinata sequenza nucleotidica. Il metodo

include la replicazione di una molecola per produrre una colonia di cellule con le stesse molecole di DNA.<