Riassunto Genetica (con esercizi di ricapitolazione)

GENI PER RNA

Gli RNA che differiscono da quello messaggero costituiscono circa il 15-12% del genoma e formano circa

3000 geni, questi sono:

• L’rRNA detto rna ribosomale con funzione implicata nella traduzione. Questo rna deriva da geni

policistronici e è coinvolto nello splicing dei geni 28S, 5,8S e 18S durante la maturazione della

sequenza.

• Il tRNA detto rna di trasporto, anche questo di origine policistronica e coinvolto nella traduzione.

• Gli rna coinvolti nella maturazione degli rna sopracitati sono gli snRNA e gli snoRNA.

• in fine gli RNA coinvolti nella regolazione dell’rna sono i micro rna detti miRNA con funzione

antisenso rispetto alla traduzione degli mRNA.

La funzione del mRNA è quella di essere tradotto in proteina: questo in genere è costituito da esoni di

lunghezza costante ( circa 200 bp) e introni di lunghezza variabile.

Per FAMIGLIE GENICA si intende una classe di due o più geni che codificano per proteine che svolgono

funzioni simili. Queste possono essere: copie geniche ; copie geniche in tandem; geni per proteine non

uguali.

In alcuni casi dei geni si possono trovare dentro altri geni (come negli introni), in questo caso si parla di

sovrapposizione di geni.

Gli pseudogeni sono sequenze omologhe a geni funzionali ma che non svolgono funzione, perché non

vengono trascritti o tradotti. Sono residue genici dell’evoluzione, e in generale derivano da eventi di

duplicazione e mutazione. Varie classi:

- pseudogeni non processati

- copie tronche

- frammenti interni

- pseudogeni processati

- retrogeni

CODICE GENETICO E TRADUZIONE

STRUTTURA DELLE PROTEINE E DEGLI AMMINOACIDI

Quando l’mRNA viene trascritto ed è maturo va incontro al processo di traduzione in proteina. Ogni

proteina è costituita da amminoacidi. Gli amminoacidi sono 20 composti organici costituiti da un gruppo

amminico, uno carbossilico e un idrogeno legati ad un carbonio centrale. La parte che differenzia gli

amminoacidi sono le catene laterali R.

In base alle catene laterali R gli amminoacidi possono essere classificati come: catene laterali idrofobiche o

non polari; catene laterali idrofiliche o polari; catene laterali acide; catene laterali basiche.

Alternativamente le catene possono essere classificate come: gruppi non polari ,alifatici; gruppi R

aromatici; gruppi polari, non carichi; gruppi R carichi positivamente; gruppi R carichi negativamente.

Se due amminoacidi si legano in corrispondenza di un gruppo amminico e di un gruppo carbossilico di due

rispettivi amminoacidi si forma un peptide con rilascio di una molecola di H2O. Se ad un dipeptide vengono

aggiunti altri amminoacidi si forma un polipeptide che si forma secondo l’orientamento dell’mRNA ma con

alle estremità sempre un gruppo amminico da una parte, e carbossilico dall’altra.

La struttura primaria della proteina corrisponde alla sequenza di amminoacidi; la secondaria può essere ad

elica oppure a foglietto pieghettato; la terziaria forma una struttura tridimensionale che si forma a

partire dai ripiegamenti della struttura secondaria e può essere una struttura globinica o globinica ; la

struttura quaternaria è costituita da 4 subunità della struttura terziaria. I ripiegamenti della struttura

primaria a formare le altre strutture sono determinati da forze intermolecolari di vario tipo presenti tra gli

amminoacidi.

CODICE GENETICO

Al momento della traduzione ad ogni tripletta di nucleotidi presente sulla sequenza di mRNA viene

associato uno specifico amminoacido. In questo modo dato che le lettere del codice sono 4 si ha che le

3

4 = 64.

combinazioni di nucleotidi possono essere al massimo Gli amminoacidi tuttavia essendo 20

devono essere necessariamente ripetuti in più triplette di nucleotidi quindi molti amminoacidi sono

degeneri. Le triplette più importanti da sapere ai fini dell’ esame sono quelle iniziatrici e quelle terminatrici

della traduzioni.

Il codice genetico inoltre tende a non avere sovrapposizioni di condoni (triplette) in quanto queste

causerebbero delle mutazioni. La lettura dei codoni di mRNA non presenta punteggiatura e quindi deve

essere continua. In caso di inserzione oppure delezione gli amminoacidi vengono codificati in maniera

errata e si va in contro a fenotipo mutante. Al contrario quando si ha prima una inserzione e poi una

delezione o viceversa durante la traduzione si ha una correzione delle sequenze amminoacidiche e quindi il

fenotipo può essere ancora selvatico; la correzione si può avere anche nel caso ci siano tre inserzioni

oppure tre delezioni consecutive.

DIMOSTRAZIONE DEL CODICE GENETICO A TRIPLETTE

Gli esperimenti di Crick e Brenner dimostrarono che il codice genetico è a triplette. In particolare per

raggiungere questo scopo utilizzarono la molecola acriflavina che ha proprietà mutagene. Si osservava che

dei fagi T4 diventavano mutanti in contatto con questa sostanza e si ipotizzò che ciò fosse dovuto al fatto

che la molecola si intercalasse tra le basi di dna provocando inserzioni o delezioni. Successivamente si

arrivò alla seguente conclusione: se si hanno due fagi T4 e si ipotizza che questi siano rispettivamente

mutanti uno per inserzione (+) e uno per delezione (-), questi presi singolarmente non sono in grado di

eseguire una lisi ad una cellula bersaglio (E.coli K12). Tuttavia se vengono introdotti entrambi insieme al

batterio avviene la lisi: ciò si spiega con il fatto che deve esserci scambio di materiale genetico. Altri

esperimenti con fattori di mutazione hanno indicato che se ci sono tre inserzioni (+++) o tre delezioni (- - -) i

mutanti riacquisiscono fenotipo selvatico quindi diventano ancora virulenti.

parallelismo tra linguaggio italiano e codice genetico relativo a inserzione e delezione

Altri esperimenti hanno permesso di specificare a quali amminoacidi fossero associate le possibili

combinazioni del codice genetico. I primi esperimenti a riguardo furono condotti da Niremberg e Khorana.

L’esperimento consistette nell’ eliminare delle cellule e il loro dna con DNAsi ma vennero lasciate intatte le

loro molecole per la costruzione di proteine nella coltura. Quindi si riprodusse questa procedura 20 volte in

venti rispettive provette e in ogni provetta venivano introdotte delle quantità di ogni tipo di aminoacido.

L’esperimento doveva prevedere in quale provetta contente uno specifico tipo di aminoacido si sarebbero

sintetizzate delle proteine introducendo in ogni provetta mRNA poli (U) sintetico. Si individuò che la

fenilalanina era l’unico amminoacido che sintetizzava proteine, quindi per poterle marcare le si fecero

precipitare con una particolare sostanza (TCA) adatta allo scopo e le si marcarono con la radioattività in

modo da poterle individuare sul fondo. Dato che solo l’aminoacido fenilalanina reagiva con l’mRNA poli (U)

si è potuto concludere che questo amminoacido codifica solo per la sequenza (UUU). Analogamente

vennero decifrate la lisina (AAA) e la prolina (CCC). Successivamente vennero utilizzati per la sintesi proteica

polinucleotidi complessi a composizione statistica nota. Es. fornendo G e U in proporzioni rispettive di G = ¼

U = ¾ si possono prevedere le seguenti proporzioni per i possibili codoni presenti nel polinucleotide

sintetizzato. . Il codice genetico è quasi universale.

TRADUZIONE

La traduzione è il processo che avviene nei ribosomi in cui dalla sequenza di mRNA si produce un

polipeptide costituito da aminoacidi.

Questo processo vede coinvolti diversi fattori tra i quali i principali sono:

• Il tRNA per il trasporto degli amminoacidi. Questo viene caricato del rispettivo aminoacido in una

molecola chiamata aminoacil-tRNA sintetasi attraverso l’apporto dell’ ATP. Il tRNA é importante

anche perché è capace di compiere la vacillazione in corrispondenza della terza base del codone

tale per cui un singolo tRNA può riconoscere più di un codone.

• Il ribosoma che è la sede della sintesi proteica. Questo nei procarioti è 70S e negli eucarioti è 80S.

Entrambi i ribosomi si caratterizzano per la presenza di una subunità maggiore e una minore

costituite da rRNA e proteine e da dei siti di sintesi.

• L’mRNA che deve essere tradotto

• e fattori proteici di traduzione.

Una volta che il tRNA iniziatore (che trasporta N-formil metionina nei procarioti e metionina negli eucarioti)

arriva al ribosoma quest’ultimo si presenta con tre siti di sintesi (A per l’attivazione , P per l’allungamento

del polipeptide e E per la liberazione del polipeptide). Inizialmente l’mRNA viene posto sulla subunità

minore del ribosoma e qui deve essere riconosciuta la sequenza iniziatrice, detta anche Shine Dalgarno per

i procarioti o Kozak per gli eucarioti ( anche se è più importante il cappuccio per questa funzione in questo

caso), dal rRNA che presenta un anticodone complementare per l’attivazione della sintesi. A questo punto

la subunità maggiore si dispone sul mRNA e il primo tRNA è posto sul sito P attraverso l’accompagnamento

dei fattori proteici di inizio e l’apporto di GTP. Il primo tRNA è quello che deve riconoscere il codone di inizio

(AUG). Dopo di che partecipano altri fattori proteici di allungamento del polipeptide e il GTP come fonte

energetica; stavolta succede che i nuovi tRNA carchi si dispongono nel sito A , i fattori di allungamento

permettono il passaggio del polipeptide che si sta formando presente sul sito P al sito A e una volta

aggiunta la subunità aminoacidica il polipeptide presente sul tRNA del sito A torna sul sito P facendo in

modo che il tRNA scaricato che lo precede vada sul sito E per essere liberato. Alla fine del processo la

sequenza di stop (UAA o UAG o UGA) si appaia sotto il sito A e a questo punto intervengono i fattori

proteici di rilascio e il GTP che permettono la liberazione del polipeptide dal tRNA presente sul sito P. Di

solito la fMet o la Met iniziale vengono rimosse. Nei batteri il processo di trascrizione è accoppiato al

processo di traduzione. Infatti la traduzione può incominciare prima che la trascrizione sia terminata. Negli

eucarioti il processo di trascrizione e di traduzione non sono accoppiati, perché i due processi si svolgono in

compartimenti cellulari diversi: la trascrizione nel nucleo e la traduzione nel citosol. Inoltre il polipeptide

può rimanere nel citosol o avere diversa destinazione in uno degli organelli subcellulari (mitocondrio,

perossisoma, cloroplasto ecc.).

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MUTAZIONI GENICHE

Le mutazioni della struttura del DNA possono essere in base al livello di analisi considerato: genomiche,

cromosomiche o genetica.

In base al tipo di cellula che subisce il processo invece possono essere somatiche (non ereditabili) o

germinali (ereditabili).

In fine possono essere spontanee quindi casuali o in