Biologia, genetica

Duplicazione del DNA: Ogni filamento ha due estremità, 5’ e 3’.

1.​ Separazione dei due filamenti per via enzimatica, tramite elicasi che crea una forca

di replicazione; ciascuna delle catene separate sarà il modello per creare un nuovo

filamento

2.​ Creazione di una nuova catena di DNA tramite primasi, che compone un piccolo

pezzo di RNA (RNA primer) che sarà indispensabile per attivare un secondo enzima,

e cioè la DNA polimerasi che andrà a costituire la catena di DNA;

3.​ RNA primer si lega alla DNA polimerasi, che aggiunge basi azotate in una sola

direzione 5’-3’ in maniera continua [Filamento Leader];

4.​ L'altro filamento, denominato Lagging, avrà direzione inversa al primo, e , dato che

l'RNA polimerasi riesce a sintetizzare solo da 5' a 3', la creazione del filamento anti

reciproco al lagging avverrà a pezzi, man mano che si forma la forcella di

replicazione. In questo processo l'RNA primer procederà con la replicazione, mentre

DNA polimerasi aggiungerà le basi azotate sfruttando i frammenti di Okazaki;

5.​ L’enzima esonucleasi rimuoverà tutti i primer di RNA da ogni filamento di DNA e DNA

polimerasi colmerà le lacune lasciate dai primer rimossi, aggiungendo basi azotate

6.​ Gli enzimi DNA ligasi sigillano i filamenti di DNA e formano la doppia elica continua

Sintesi proteica: si divide in due processi distinti, la trascrizione e la traduzione.

Trascrizione: la sezione di DNA che va a codificare una certa proteina viene individuata e

copiata tramite il processo di splicing alternativo (per eliminare gli introni). La trascrizione è il

processo attraverso il quale l'informazione genetica contenuta nel DNA viene copiata in una

molecola di RNA messaggero (mRNA).

1.​ L'enzima RNA polimerasi si lega a una sequenza specifica di DNA chiamata

promotore, che segnala l'inizio di un gene.

2.​ L'RNA polimerasi "legge" il filamento di DNA stampo (template strand) e sintetizza

una molecola di mRNA complementare, aggiungendo nucleotidi uno alla volta.

3.​ La trascrizione continua fino a quando l'RNA polimerasi raggiunge una sequenza di

terminazione, segnalando la fine del gene. A questo punto, l'mRNA appena

sintetizzato viene rilasciato.

Dopo questo processo che avviene all’interno del nucleo della cellula, l’ mRNA formatosi

verrà spostato fuori dal nucleo e verrà portato verso i ribosomi (2 RNA ribosomiali

sovrapposti).

Nei ribosomi l’mRNA verrà inserito come se questo fosse un nastro trasportatore.​

Traduzione: processo attraverso il quale l'informazione codificata nell'mRNA viene utilizzata

per costruire una proteina.

1.​ L'mRNA si lega a un ribosoma, l'organello cellulare deputato alla sintesi proteica. Il

ribosoma riconosce l'RNA di trasferimento (tRNA) che trasporta l'amminoacido

metionina, il quale si lega al codone di inizio (AUG) sull'mRNA.

2.​ Il ribosoma scorre lungo l'mRNA, leggendo i codoni (sequenze di tre nucleotidi) e

abbinandoli con i corrispondenti tRNA che trasportano gli amminoacidi. Ogni tRNA

aggiunge il suo amminoacido alla catena polipeptidica in crescita.

3.​ Quando il ribosoma raggiunge un codone di stop (UAA, UAG, UGA), la sintesi

proteica si arresta. La catena polipeptidica completata viene rilasciata e il ribosoma si

dissocia dall'mRNA.

Durante la fase di traduzione i codoni dell’ mRNA verranno letti e tradotti dal tRNA, una

particolare molecola a forma di quadrifoglio che da un lato ha le basi antireciproche di quelle

che andrà a leggere è dall’altro l’amminoacido da sintetizzare. Il processo di sintesi della

proteina avviene nel mentre che gli amminoacidi vengono sintetizzati, dato che vengono

tradotti 2 amminoacidi alla volta da 2 tRNA alla volta.

Codice genetico è universale, chiaro e ridondante

Epigenetica: branca della genetica che studia i cambiamenti che avvengono nel fenotipo,

senza alterare il genotipo (modifica la trascrizione, ma non il genoma) e l’influenza

dell’ambiente.

I fattori influenzanti sono: nutrienti, esposizioni a tossine, stress nell’infanzia e stadio di

sviluppo, esperienza sociale.

Le modifiche epigenetiche possono incrementare o sfavorire la trascrizione attraverso le vie

epigenetiche come:

●​ Metilazione del DNA: silenziamento genico, impedisce l’attacco dell’RNA polimerasi

al DNA; le sequenze metilati non possono essere trascritte; è un processo

fondamentale nello sviluppo perché favorisce la differenziazione cellulare (come le

cellule staminali); sono reversibili.

●​ Acetilazione del DNA: meccanismo di attivazione genica; favorisce l’attacco

dell’RNA polimerasi al DNA.

●​ Variazione degli istoni: include metilazioni, acetilazioni, ubiquitinazioni,

fosforilazioni; sono reversibili ed influiscono sulla struttura della cromatina.

●​ miRNAs (micro RNA): piccole molecole di RNA non codificanti che interferiscono

con molecole di mRNA complementari, sopprimendo l’attività dei geni; prevengono la

traduzione dei geni tagliando l’mRNA o favorendo la sua degradazione; agiscono a

livello post trascrizione; sono negli eucarioti; vengono codificati da specifici loci o si

trovano negli introni.

I meccanismi epigenetici conferiscono plasticità e stabilità al pattern e flessibilità al processo

(si pensava che ciò avvenisse solo nello sviluppo embrionale, ma è stato provato che non è

così); possono essere una risposta di adattamento all’ambiente esterno (fattori come il

rapporto madre-figlio, traumi infantili, competizione possono causare variazioni

epigenetiche).

Questi cambiamenti sono stabili ed ereditabili, ma comunque reversibili.

Variabilità genetica nei procarioti: hanno riproduzione asessuata (mitosi, non produce

variabilità), introducono variabilità tramite:

Trasformazione: il batterio assorbe frammenti di DNA disciolti nell’ambiente e gli incorpora

nel suo genoma.

Coniugazione: 2 batteri entrano in contatto diretto e la copia di un frammento di DNA passa

da un donatore (competente; F+) ad un ricevente (incompetente; F-) tramite un pilo di

coniugazione; un solo filamento viene passato, l’altro viene usato per ricostruire la molecola;

questo passaggio richiede che il filamento circolare venga reso lineare

Trasduzione: meccanismo di trasferimento di DNA da un batterio ad un altro tramite un virus

detto “batteriofago”.

Un plasmide è una molecola di DNA circolare a doppio filamento, (presente nel citoplasma

dei batteri); può replicarsi indipendentemente dal cromosoma; i plasmidi contengono le

informazioni genetiche per alcune caratteristiche specifiche (resistenza dei batteri agli

antibiotici).

Trasduzione generalizzata: trasferimento casuale di un qualunque frammento di DNA tra 2

batteri.

Trasduzione specializzata: coinvolge i profagi (genomi latenti di un batteriofago): quando si

staccano dal cromosoma prendono un frammento di DNA batterico non casuale.

Mutazione casuale

Mutazione indotta

Trasposizione: trasferimento di materiale genetico da una zona all’altra del cromosoma o

da plasmide a cromosoma dello stesso batterio.

Variabilità genetica negli eucarioti: avviene tramite riproduzione sessuata, la formazione dei

gameti avviene tramite la meiosi ed i fattori che portano variabilità sono il crossing over e la

ricombinazione indipendente degli omologhi.

Operone: gruppo di geni strutturali adiacenti trascritti in un singolo mRNA e soggetti

ad una regolazione coordinata; gli speroni sono tra loro associati nel genoma;

vengono trascritti partendo dal promotore all’estremo 5’ (l’RNA nei procarioti

trascritto così è detto “policistronico”).

Ci sono 2 tipi di operoni:

●​ Regolatori dell’attività di sistemi catabolici: gli enzimi di un processo

catabolico sono codificati e sintetizzati in presenza di substrato e repressi in

assenza di esso.

L’operone Lac (comprende una regione di cromosoma di E. coli): separabile in geni

strutturali e sequenze regolative;

I geni strutturali codificano 3 proteine enzimatiche

Le sequenze regolative codificano: il repressore, il promotore (sequenza nucleotidica

a cui si lega la RNApolimerasi per trascrivere i 3 geni strutturali), l’operatore

(sequenza nucleotidica a cui si lega il repressore inibendo la trascrizione

dell’operone).

Meccanismo: in assenza di lattosio il repressore blocca il sito operatore impedendo

alla polimerasi di legarsi al promotore adiacente così non vengono trascritti i geni

strutturali; la presenza di lattosio invece impedisce il legame tra repressore ed

operatore; (il repressore si lega al lattosio; si modifica la configurazione

tridimensionale del repressore sfavorendo la sua affinità con l’operatore; il lattosio è

l’induttore della trascrizione dei geni strutturali).

Esistono mutazioni che rendono sempre trascritti i geni dell’operone ed altre che gli

inibiscono.

●​ Regolatori di processi anatolici e biosintetici: gli enzimi sono codificati

quando alla cellula occorre un prodotto e repressi quando tale prodotto è già

presente.

L’operone triptofano: avvengono variazioni nella produzione di gruppi di enzimi, ciò

è la conseguenza di 2 eventi regolativi indipendenti:

1.​ Repressione: serve per modulare la frequenza dell’inizio della trascrizione

partendo dal promotore: il repressore si lega all’operatore solo se è legato al

triptofano (il quale agisce da corepressore).

2.​ Attenuazione: regola la trascrizione mediante un segnale di termine

localizzato tra promotore e primo gene strutturale; agisce solo nei procarioti

ed a livello di traduzione in quanto solo nei batteri la traduzione e la

trascrizione avvengono contemporaneamente.

Mutazione: variazione del genoma dovuta al caso o ad agenti esterni

Si originano da interazioni chimico-fisiche di agenti col DNA; possono essere:

●​ Danno pre-mutageno: variazione del DNA che può essere riparata dopo la

replicazione, è dovuta alla perdita di basi azotate e a legami tra genoma e agenti

esterni (questi legami si chiamano addotti) che possono rompere i legami dei

filamenti.

●​ Mutazione genica/puntiforme: modificazione strutturale nel DNA a carico del gene;

può non portare a variazioni nel fenotipo (a causa della ridondanza); può portare a

problemi nel caso di accumulo di queste mutazioni in un’unica area; varia uno solo

dei tre nucleotidi in una tripletta/codone (se cambia la terza base azotata .

●​ Mutazione cromosomica: perdita o riarrangiamento di interi pezzi di cromosoma.

●​ Mutazione genomica: variazione nel numero di cromosomi.

Test per individuazione mutageni:

Test a breve termine (48h): t