DNA: struttura, Replicazione, Trascrizione e Traduzione, Dispense di Biologia

Scarica DNA: struttura, Replicazione, Trascrizione e Traduzione e più Dispense in PDF di Biologia solo su Docsity! DNA  Contiene le informazioni per contenere i caratteri dell’organismo  Si replica in modo preciso e puntuale  Varia le specie e i singoli individui STRUTTURA PRIMARIA = sequenza di nucleotidi STRUTTURA SECONDARIA = struttura a doppia elica STRUTTURA TERZIARIA = impacchettamento Esperimento di Griffith (1928) Esperimento sugli streptococcus pneumoniae, nelle forme patogene (s, smooth) il batterio è circondato da rivestimento, mentre le forme non patogene sono R. Tramite riscaldamento uccide i patogeni e inocula nei topi i ceppi R e S uccisi, ma i topi muoiono lo stesso. Il ceppo S doveva contenere una sostanza resistente al calore che può diventare virulento (principio trasformante) Esperimento di Avery (1944) Divide le componenti del batterio e le somministra separatamente ai topi e al ceppo R. Solo la DNAasi aveva bloccato il principio trasformante e lo identifica chimicamente. Esperimento di Harshey e Chase (1952) Eseguito sui fagi Watson e Crick (1953) e Rosalin Franklin Dimostrano la struttura tridimensionale del DNA (doppia elica) NUCLEOTIDI (desossiribonucleotide o ribonucleotide) - ZUCCHERO PENTOSO (RIBOSIO O DESOSSIRIBOSIO), zuccheri pentosi, nell’RNA c’è un O in più - GRUPPO FOSFATO = atomo di fosforo unito a 4 O, hanno carica negativa che rendono acido il DNA, sono legati al carbonio 5’ - BASE AZOTATA PURINE (doppio anello) = adenina e guanina PIRIMIDINE (singolo anello) = citosina, timina, uracile (nucleoside = zucchero e base azotata) STRUTTURA PRIMARIA DEL DNA (doppia elica) Due filamenti antiparalleli (5’3’ – 3’5’) complementari A-T = 2 legami H C-G = 3 legami H Legami FOSFODIESTERICI = legami covalenti forti che costituiscono lo scheletro verticale (zuccheri e gruppi fosfato) Legami IDROGENO = collegano le basi dei filamenti opposti, più deboli perché devono essere separati. Forze di stacking = interazioni idrofobe, le basi azotate respingono l’acqua e si raggruppano per rendere più stabile il DNA GENOMA EUCARIOTICO DNA a sequenza unica -> codificante per proteine e per funzioni non ancora conosciute DNA moderatamente ripetitivo -> codificante per rRNA e tRNA DNA altamente ripetitivo o DNA satellite -> percentuale delle basi diversa, durante le centrifugazione si separa e raramente viene trascritto in RNA, si trova in centromeri e telomeri. REGOLA DI CHARGAFF - In ogni molecola di DNA la quantità di purine è sempre uguale alla quantità di pirimidine (A+G o C+T) - In ogni molecola di DNA A+T/U e C+G TIPOLOGIE DI STRUTTURE SECONDARIE - B-DNA = elica destrorsa È dominante nelle cellule, la più stabile, si presenta quando c’è tanta acqua - A-DNA = elica destrorsa SI presenta quando è presenta poca acqua, più corta e larga - Z-DNA = elica sinistrorsa Strutture secondarie particolari  Le sequenze complementari possono formare legami H come ad esempio: FORCINE, regioni di base appaiate che comprendono anche basi non appaiate STRUTTURE TRIPLEX (H-DNA), regioni in cui il DNA è srotolato e un singolo filamento si appacia co il DNA a doppio filamento di un’altra parte della moleola  La struttura originaria del DNA può essere modificata tramite metilazione  L’RNA può assumere strutture secondarie in più STRUTTURE TERZIARIE CROMATINA = DNA associato a proteine (ISTONI e proteine non istoniche) ISTONI -> H1, H2A, H2B, H3. H4 OTTAMERO -> struttura cilindrica formata da 8 istoni (2 per tipologia esclusi H1, che rimangono in mezzo e compattano ancora di più il DNA) al quale si avvolge 1,65 volte il filamento del DNA formando il NUCLEOSOMA Gli amminoacidi delle code istoniche (+) interagiscono con le cariche negative dei gruppi fosfato sul DNA. Modificazioni code istoniche -> regolazione espressione genica Due tipi di cromatina: - EUCROMATINA = stato poco condensato e disponibile per trascrizione - ETEROCROMATINA = stato molto condensato anche durante il ciclo cellulare, formato da sequenza ripetitive, non disponibile per la trascrizione. Può essere costitutiva (centromeri o telomeri) e facoltativa (cromosomi inattivati) TRASCRIZIONE = trasporto dell’informazione genetica dal DNA all’RNA, avviene nel NUCLEO  Processo SELETTIVO: i geni vengono trascritti solo se in quel momento il loro prodotto è necessario alla cellula  Viene prodotto un filamento di RNA messaggero per far uscire l’informazione dal nucleo RNA = gruppo -OH LIBERO SU 2’C del ribosio, si degrada facilmente. Ha un solo filamento e l’URACILE al posto della timina DNA = no gruppo -OH, si degrada difficilmente Tipologie di RNA: - RNA ribosomiale (r RNA) = costituisce il ribosoma - RNA messaggero (m RNA) = trasporta l’informazione del codice genetico - RNA transfer (t RNA)= incorpora gli amminoacidi alla catena polipeptidica in crescita - Piccolo RNA nucleare (sn RNA) = processa il pre-mRNA (TRASCRITTO PRIMARIO) formando delle ribonucleoproteine - Piccolo RNA nucleolare (snoRNA) = assemblaggio RNA ribosomiale - Micro RNA e piccoli RNA di interferenza (siRNA) = degradano m RNA - Piwi-intercating RNA (PIrna) = sopprimo la trascrizione degli elementi trasponibili UNITA’ DI TRASCRIZIONE: - PROMOTORE = sequenza di DNA a cui si lega apparato di trascrizione, non viene trascritto, indica quale dei filamenti è stampo, ricco di sequenze consenso che facilitano attacco di RNA polimerasi (TATA box in eucarioti o TATAAT nei procarioti) - REGIONE CODIFICANTE = sequenza di nucleotidi che viene copiata in una molecola di RNA - TERMINATORE = sequenza di nucleotidi che segnala dove si deve fermare la trascrizione, viene trascritto ESONI = sequenze di DNA codificante INTRONI = sequenze di DNA non codificante, regola l’espressione genica Tappe della trascrizione: 1) L’apparato di trascrizione si lega al promotore 2) Il legame dell’RNA polimerasi e promotore determina quali zone del genoma vengono trascritti (in genere il promotore adiacente a sequenza codificante) 3) L’RNA polimerasi separa il DNA producendo stampo a filamento senza l’aiuto di un primer, a livello della bolla di trascrizione aggiunge nucleotidi alla molecola di RNA 4) Vengono aggiunti i nucleotidi all’estremità 3’-OH 5) I due gruppi fosfato vengono staccati e quello restante forma il legame fosfodiesterico 6) Direzione 5’-3’ del mRNA, complementare e antiparallelo 7) TERMINAZIONE RNA polimerasi fa correzione di bozze, la trascrizione continua fino a quando l’RNA polimerasi non trascrive un TERMINATORE. Nei procarioti: - Rho dipendenti = attività elicasica usata per svolgere il complesso RNA-DNA nella bolla - Rho indipendenti mRNA policistronico = tipico dei procarioti, più geni in una unica molecola di RNA perché è presente un unico terminatore, non uno per gene TRASCRIZIONE NEGLI EUCARIOTI: cromatina di modifica prima della trascrizione e TATA box sequenza consenso nel promotore. RNA polimerasi eucarioti: I. Trascrive subunità maggiori r RNA II. Trascrive i pre-m RNA e filamento RNA III. tRNA IV. Piante V. Piante MATURAZIONE DEL TRASCRITTO PRIMARIO - Aggiunta cappuccio su estremità 5’ Aggiunta di un nucleotide aggiuntivo e di gruppi metilici, importante per la traduzione perché le proteine del complesso cap-binding lo riconoscono e si attaccano. Inoltre aumenta la stabilità del mRNA e promuove lo splicing - Aggiunta della coda di poli(A) Aggiunta di nucleotidi di adenina all’estremità 3’ (poli A), aumenta stabilità e facilità l‘attacco - Splicing RNA RIMOZIONE DEGLI INTRONI -> si svolge nello SPLICEOSOMA. Alcuni introni si eliminano in autonomia SPLICING ALTERNATIVO -> a partire da un unico m RNA si possono produrre tante catene polipeptidiche, dipende da quali introni vengono rimossi - Editing RNA La sequenza codificane viene alterata e la proteina ha una sequenza amminoacidica che non corrisponde a quella codificata dal gene. Traduzione dell’mRNA Dal nucleo, si trasferisce nel citoplasma per raggiungere i RIBOSOMI.  Alcune proteine però sono costituite da più catene polipeptidiche UN GENE -> UNA CATENA POLIPEPTIDICA RIBOSOMI = complessi in grado di sintetizzare le proteine - Procarioti: subunità minore 30 S, subunità maggiore 50 S - Eucarioti: subunità minore 40 S, subunità maggiore 60 S Le molecole protagoniste sono: m RNA, t RNA, amminoacidi, fattori, enzimi, ATP mRNA = viene prodotto durante la trascrizione, è un filamento di ribonucleotidi che trasforma l’informazione genetica dal DNA nucleare al citoplasma, è l’intermedio che fornisce le informazioni ai ribosomi tRNA = collegano e mettono in relazione l’informazione contenuta nei CODONI (3 nucleotidi) dell’mRNA con gli amminoacidi delle proteine. Leggono i codoni e forniscono gli amminoacidi che corrispondono alle triplette di nucleotidi. Hanno ANTICODONI, sequenze complementare al codone che si appaiano con legami a H.  Per ogni amminoacido (circa 20 nelle proteine) c’è un tipo specifico di t RNA AMMINOACIL-tRNA-sintetasi = enzimi che permettono il caricamento di ogni t RNA con il proprio amminoacido FATTORI = molecole proteiche - Fattori di inizio = proteine +subunità minore ribosoma+ tRNA iniziatore con amminoacido formano il COMPLESSO DI INIZIO che riconosce il cappuccio dell’mRNA - Fattori di allungamento = allungano la catena - Fattori di rilascio = si legano ai codoni stop sull’m RNA determinando la terminazione della sintesi proteica ENZIMI = molecole proteiche che velocizzano la reazione CODICE GENETICO - CODONI costituiti da 3 nucleotidi (triplette), ognuno dei quali a base azotata - Numero di possibili codoni sono 4^3 = 64 - 4 basi azotate, 3 nucleotidi - 61 = CODONI SENSO, codificano per amminoacido - 3 = CODONI DI STOP (UAA,UAG,UGA) Il codice genetico è: DEGENERATO O RIDONDANTE = gli amminoacidi possono essere codificati da più di un codone UNIVERSALE = ogni codone specifica per lo stesso amminoacido in tutti gli organismi Come avviene la traduzione?  Avviene nei RIBOSOMI  Un ribosoma si attacca vicino all’estremità 5’ dell’m RNA e si muove in direzione 3’ 1) CARICAMENTO DEL t RNA Ogni t RNA è specifico per un amminoacido e all’origine dei legami ci sono gli amminoacil- t RNA – sintetasi (circa 20, uno per amminoacido) Il processo di caricamento richiede energia fornita da ATP  Il riconoscimento dell’amminoacido da parte dell’enzima avviene grazie a dimensione, carica e gruppo R  Il riconoscimento dei t RNA avviene grazie a sequenze nucleotidiche 2) INIZIO DELLA TRADUZIONE COMPLESSO DI INIZIO = mRNA, subunità maggiore e minore, fattori di inizio, t RNA iniziatore e GTP - mRNA si lega alla subunità minore del ribosoma - Il tRNA iniziatore si lega all’m RNA grazie all’appaiamento tra basi del CODONE (m RNA) e ANTICODONE (tRNA) - La subunità maggiore del ribosoma si unisce Eucarioti -> 7 fattori di inizio, si forma un complesso di inizio (subunità minore+fattori di inizio + t RNA con il suo amminoacido met- tRNA, la metionina è sempre il primo amminoacido) che riconosce il cappuccio e si lega. Il complesso di inizio scorre fino a quando incontra il primo codone AUG (metionina) e il cappuccio viene legato dalle proteine cap-binding (CBC). Le proteine che si attaccano alla coda di poli(A) interagiscono con quelle che si legano al cappuccio per rafforzare il legame con il ribosoma 3) ALLUNGAMENTO Gli amminoacidi vengono uniti per formare una CATENA POLIPEPTIDICA Un ribosoma ha 3 siti che possono essere occupati dal t RNA: - SITO A (amminoacilico) - SITO P (peptidilico) - SITO E (di uscita) L’amminoacido attacca subito al sito A, poi passa al P dove si forma la catena polipeptidica e poi E di extit