Tutte le basi di biologia

NUCLEO

Il nucleo è il cuore della cellula. E' rivestito da una doppia membrana fosfolipidica divisa in membrana

nucleare interna e membrana nucleare esterna.

La membrana esterna continua con un prolungamento che diventa la prima membrana del RER.

Queste due membrana (interna ed esterna) in alcuni punti si uniscono in particolari punti chiamati

pori nucleari.

Questi hanno il compito di permettere il passaggio di macromolecole dall'interno all'esterno e

viceversa.

Questo particolare tipo di azione è detto trasporto nucleare.

Esistono due principali tipi di trasporto:

. Passivo: E' un passaggio attraverso la membrana di macromolecole, molecole o atomi. Non richiede

energia (ATP). Questo è possibile grazie alla "regola" del gradiente di concentrazione:

La molecola passa dalla soluzione più concentrata alla soluzione meno concentrata.

. Attivo: Richiede energia perchè si passa da dove la moleccola è meno concentrata a dove la

molecola è più concentrata.

Per molecole più grandi (Enzimi, RNA, proteine) serviranno delle specifiche proteine che hanno il

compito di trasportare le molecole.

Complessi del poro nucleare--> Strutture a forma di tronco di cono che permettono il passaggio di

particolari molecole.

Si deduce che i pori nucleari non sono quindi dei semplici buchi.

Il DNA non può passare dai pori nucleari, se questo succedesse verrebbe attaccato dalle nucleasi.

Il nucleo è la sede del DNA, ma è anche il luogo in cui questo viene letto e trascritto in una molecoladi

mRNA. Nel nucleo infatti si producono tutti gli RNA.

L'mRNA può uscire nel citoplasma e andare nel ribosoma. La proteina se una volta formata deve

andare nel nucleo potrà tornare indietro.

I pori sono crocivia continui di molecole che decino chi può passare o meno.

DNA

La molecola di DNA è organizzata all'interno del nucleo. In ogni cellula il DNA è lungo circa 2m pur

stando in un nucleo della grandezza dei µm.

Per cromatina si intende la struttura che assume il DNA quando si associa a delle proteine dette

istoni. Il DNA è carico negativamente, mentre gli istoni sono carichi positivamente, ed è a causa di

questo che il DNA si arrotola attorno agli istoni.

Esistono due tipi di cromatina:

. Eucromatina: E' definita "buona" perchè è la porzione di DNA che contiene le informazioni

genetiche, e quindi la parte che può essere scritta in RNA.

. Eterocromatina: Non viene mai trascritta a causa della mancanza delle informazioni genetiche. La

maggior parte del DNA è eterocromatina, ed ha la funzione di regolare la struttura e la fase di

copiatura del DNA.

I telomeri sono i terminali di un tratto di DNA, questo tratto è definito cromosoma.

( Noi abbiamo 46 cromosomi, e quindi in 46x2 telomeri)

I telomeri si uniscono in uno o due punti del nucleo detti nucleoli.

DNA e RNA sono acidi nucleici , ossia eteropolimeri di condensazione lineare di 4 monomeri.

Questo significa che il DNA e RNA sono composti da l'unione di 4 componenti fondamentali: i

monomeri

Questi monomeri prendono il nome di nucleotidi.

Ogni nucleotide è formato da 3 parti:

. Zucchero pentoso (5 carboni)

. Base azotata

. Residuo di acido fosforico

Lo zucchero pentoso è il desossiribosio. Per zucchero pentoso si intende la presenza di 5 carboni. 4 di

questi carboni occupano il vertice della struttura ciclica, mentre il quinto vertice è occupato

dall'ossigeno.

Il quinto carbonio è libero e fa parte di un gruppo alcolico : CH OH.

2

L'idrogeno che si lega al secondo carbonio è ciò che differenzia il desossiribosio dal ribosio, zucchero

pentoso tipico dell'RNA; al suo posto ci sarà un OH.

Lo zucchero ha 3 punti reattivi, più precisamente collocati sul carbonio 1', 3' e 5'.

1'--> Lega con la base azotata

3'

5'--> Lega con uno o più residui di acido fosforico. Il legame con l'acido fosforico si crea una volta

legata la base azotata.

Una base azotata è un composto ciclico formato da atomi di azoto. Le basi azotate sono 5 e si

dividono in 2 gruppi:

. Purine: Citosina (C) e Timina (T), Uracile (U);

. Pirimidiniche: Adenina (A), Guanina (G);

La differenza è che le pirimidiniche sono anelli di 5 atomi C e N, mentre le purine sono anelli di 9

atomi di C e N.

Le basi azotate sono l'unica cosa che varia nei nucleotidi.

Zucchero + base azotata = nucleoside.

Nucleosidi

La reazione di condensazione di una di una delle basi azotate che costituiscono gli acidi nucleici con il

ribosio o il desossiribosio forma un nucleoside.

Un nucleoside consiste quindi di una base purinica e pirimidinica legata ad uno zucchero. I quattro

nucleosidi del DNA si chiamano deossiadenosina, deossiguanosina, deossitimidina e deossicitidina

mentre i nucleosidi dell’RNA prendono rispettivamente il nome di adenosina, guanosina, citidina e

uridina.

Nel nucleoside dell’RNA , il Carbonio C-1 del ribosio è legato all’Azoto N-1 di una pirimidina o all’N-9 di

una purina. La configurazione di questo legame N- glucosidico è β (in quanto la base si trova sopra il

piano dell’anello dello zucchero).

In un deossiribonucleoside, il Carbonio C-1 del deossiribosio è legato all’N-1 di una pirimidina o all’N-9

di una purina. La configurazione di questo legame N-glicosidico è β ( la base si trova sopra il piano

dell’anello dello zucchero) e lo stesso vale per i ribonucleosidi.

Nucleotidi

Un nucleotide è costituito da tre unità strutturali condensate tra loro: una delle 5 nucleobasi, uno

zucchero e una o più molecole di acido fosforico.

I deossinucleosidi, per aggiunta di un gruppo fosfato, formano i deossinucleotidi, i monomeri del DNA,

mentre i ribonucleosidi dell’RNA.formano i ribonucleotidi

Un nucleotide prende il nome dal nucleoside che contiene. Per es. l’ adenosina monofosfato (dAMP)

è il nucleotide che contiene adenosina e un fosfato. Un legame estereo che coinvolge il fosfato è

chiamato legame fosfoestereo.

Il nucleotide è quindi l’estere fosforico di un nucleoside. Il sito più comune di esterificazione nei

nucleotidi naturali è il gruppo ossidrile -OH attaccato al carbonio C-5 dello zucchero. Questo

composto prende il nome di nucleoside 5’ fosfato oppure 5’- nucleotide. Ad es. la deossiadenosina 5’

trifosfato (dATP) è un precursore attivato nella sintesi del DNA.

Un nucleotide è attivato dalla presenza di due legami fosfoanidrilici presenti nelle unità trifosfato.

L’aggiunta di uno , due o tre residui fosforici nella catena produce rispettivamente i nucleosidi mono,

difosfato e trifosfato (NMP, NDP e NTP) che sono fondamentali nel metabolismo energetico della

cellula. I più importanti sono ADP e ATP, rispettivamente adenosina difosfato e adenosina trifosfato.

Il passaggio da tri- a di- avviene tramite una reazione di idrolisi esoergonica con conseguente

liberazione di energia che la cellula può utilizzare per le sue attività. Ad es. nel caso della

deossiadenosina 5’ trifosfato o dATP che è un precursore attivato del DNA il prefisso “d” nel dATP

indica che lo zucchero è il deossiribosio per distinguere questo composto dall’ATP in cui lo zucchero è

invece il ribosio.

L’ossatura del DNA che è sempre uguale in tutta la molecola consiste di deossiribosi legati a gruppi

fosforici . Esattamente l’OH 3’ dello zucchero di un deossiribonucleotide è unito all’OH 5’ dello

zucchero adiacente da un ponte fosfodiesterico. La parte variabile del DNA è la sua sequenza di 4

specie di basi (A,G,C,T) . A causa della presenza del residuo fosforico conferente carattere fortemente

acido, ai nucleotidi corrispondenti si da il nome il nome di acido desossiadenilico o deossiadenilato,

acido deossiguanilico o deossiguanilato, acido deossicitidilico o deossicitidilato e acido

desossitimidilico o deossitimidilato.

Nel nucleoplasma ci sono un mix di nucleotidi liberi. Questi nucleotidi liberi sono dei trifosfati.

I nucleotidi si legano tra di loro con una regola:

"Il primo si lega al secondo mettendo a disposizione il carbonio 3'.

Il secondo si lega al primo legandosi al carbonio 5'.

In sede 3' si perde l'OH

In sede 5' vengono persi due residui di acido fosforico e si lega l'ossigeno"

Il legame che si crea è detto fosfodiesterico.

Il legame si crea a partire da 3'OH arrivando a 5'P

3'OH-->5'P

Se questa regola viene mantenuta il filamento di DNA si allunga.

Direzione di sintesi del filamento :

5'P-->3'OH

La regola di formazione del filamento di DNA segue apposta la regola di formazione del legame

fosfodiesterico.

Sequenza:

5'-AGCTC-3'

Olinucleotide: Catena di pochi nucleotidi

Il legame fosfodiesterico è un legame esterico tenuto insieme da un residuo di acido fosforico, che

lega HPO con il carbonio 5' dello zucchero.

3

La catena inizierà con un 5'-AGCTC-3'.

La direzione di sintesi del legame fosfodiesterico sarà:

3'OH-->5'P

La direzione di sintesi del legame invece è l'opposto:

5'P-->3'OH

In cui 5' è il fosfato libero.

Le grandi differenze tra DNA e RNA sono:

. Lo zucchero che è un desossiribosio nel DNA, e un ribosio nell'RNA. Questo è dato dalla presenza

dell'H in sede 2' (DNA) o dall'OH sempre nella medesima posizione (RNA).

. L'uracile dell'RNA sostituisce la timina del DNA.

Il DNA è un doppio filamento formato da filamenti anti-paralleli. La doppia elica è costituita da:

. Uno scheletro più esterno formato da zuccheri legati tra loro con legami fosfodiesterici. Questa è la

parte più idrofila del DNA.

. La parte più interna, invece, è idrofobica ed è rappresentata da strutture chiamate coppie di basi.

Queste nascono dall'unione della base azotata di un filamento, con una base azotata del filamento

antiparallelo. L'unione è possibile grazie a dei legami a idrogeno ( fragili ).

Ogni coppia di basi deve stare dentro il diametro della doppia elica, ossia 2 nm. In questi 2 nm le basi

sono sempre una purica e una pirimidina. Due pirimidine infatti ( anelli da 6) sarebbero troppo

piccole, mentre due purine (anelli da nove) sarebbero troppo grandi.

Regola della complementarità delle basi o di Watson e Crick

Tra adenina - timina ci sono due legami ad idrogeno.

Tra citosina - guanina ci sono tre legami a idrogeno.

Le regioni di DNA che sono più ricche di adenina-timina richiedono una maggiore energia per rompere

i legami a idrogeno rispetto alla porzione pi&