il glucosio, Glicolisi, lipidi, amminoacidi, DNA, RNA, Traduzione e trascrizione, Appunti di Chimica organica

Scarica il glucosio, Glicolisi, lipidi, amminoacidi, DNA, RNA, Traduzione e trascrizione e più Appunti in PDF di Chimica organica solo su Docsity! IL GLUCOSIO: C6H12O6 è il monosaccaride più diffuso negli organismi viventi. Il metabolismo di questo zucchero fornisce gran parte dell’energia di quelle cellule hanno bisogno, per questo, la molecola di glucosio può essere considerata come un vero e proprio combustibile universale da cui tutti gli organismi possono ottenere energia. Il processo di produzione dell’energia cellulare, il glucosio rappresenta il principale combustibile. All’interno delle cellule il processo non si svolge in una singola Tata, ma attraverso numerose reazioni organizzati in più via metaboliche. In tutti gli organismi viventi la demolizione della molecola di glucosio all’inizio con la glicolisi, una via metabolica che, attraverso una serie di reazioni, converte il glucosio a piruvato (una molecola a tre atomi di carbonio). A questo punto la glicoli si può svolgersi in presenza di ossigeno (condizioni aerobiche) o in assenza di ossigeno (condizioni anaerobiche), portando il piruvato alla respirazione cellulare o alla fermentazione. 1. Nel primo caso la glicolisi è parte del processo di respirazione cellulare: La respirazione cellulare si svolge solo in condizioni aerobiche e comprende tutti i processi cataboliti che portano alla degradazione completa delle Bíomolecole combustibili. Per il glucosio la respirazione cellulare si svolge in tre principali fasi  La prima fase: il glucosio viene metabolizzato nella glicoli easy e il piruvato ottenuto e trasformato in acetil CoA con liberazione di una prima molecola di anidride carbonica e coenzimi ridotti (NADH)  Nella seconda fase: i due atomi di carbonio del gruppo acetile dell’acetil CoA sono completamente ossidati nel ciclo dell’acido citrico con produzione di altre due molecole di anidride carbonica e coenzimi ridotti (NADH e FADH)  Nella terza fase: NADH e FADH2 vengono riossidati nella catena respiratoria, il processo durante il quale gli elettroni sono trasferiti alla molecola di ossigeno con produzione di acqua. Il trasferimento elettronico è accoppiato alla produzione della maggior parte dell’energia, che viene immagazzinata sottoforma di ATP. Questa fase della respirazione è nota con il nome di FOSFORILAZIONE OSSIDATIVA 2. La fermentazione avviene in condizioni anaerobiche ed è un processo che porta alla demolizione in completa della molecola di glucosio. Il piruvato ottenuto dalla glicolisi viene trasformato in sostanze come il lattato e l’etanolo che sono ancora ricche di energia. Questa produce una quantità di energia nettamente più bassa rispetto alla respirazione cellulare. LA GLICOLISI: la glicolisi È la più importante via metabolica attraverso cui la maggior parte degli organismi demolisce il glucosio per trarne energia. Dal punto di vista chimico, la glicolisi determina una parziale ossidazione del glucosio: da una molecola a sei atomi di carbonio si ottengono due molecole di acido piruvico a tre atomi di carbonio.il processo si accompagna alla riduzione di due molecole di NAD+ a NADH e fornisce l’energia necessaria per formare due molecole di ATP. Si svolge nel citosol di tutte le cellule e ha una resa energetica limitata corrispondente solo il 6% dell’energia chimica che una cellula può ricavare dalla completa ossidazione di una molecola di glucosio. per questo, in presenza di ossigeno la maggior parte delle cellule eucarioti che trasferisce il priruvato e il NADH nei mitocondri Dove si completa il processo di ossidazione: questo sistema porta un guadagno di energia considerevole in termini di ATP prodotto. producono lattato, la sostanza responsabile dell’indolenzimento che si prova i muscoli al termine di uno sforzo molto intenso. In questo caso, tuttavia il lattato non viene eliminato come sostanze di rifiuto, ma è recuperato dal fegato che lo trasforma in glucosio attraverso un processo di sintesi. IL CICLO DELL’ACIDO CITRICO La resa energetica della glicolisi è di per sé è molto bassa ma il piruvato, suo prodotto finale in condizioni aerobie, può innescare una nuova via e fornire altra energia alla cellula. In presenza di ossigeno, una qualsiasi cellula provvista di mitocondri e in grado di ossidare completamente il piruvato fino ad ottenere anidride carbonica. L’insieme delle reazioni ossidative che si svolgono nei mitocondri e garantiscono la produzione della maggior parte dell’energia cellulare prende il nome di metabolismo terminale. Questo coinvolge due processi:  La decarbossilazione ossidativa del piruvato  Il ciclo dell’acido citrico Da questi si ottengono anidride carbonica e coenzimi ridotti (NADH e FADH) che funzionano come riserve di elettroni che verranno poi trasferiti sull’ossigeno nella successiva catena di trasporto elettronico, con formazione di acqua. L’intero processo è accoppiato alla produzione di ATP. Queste vie metaboliche si svolgono nei mitocondri, gli organuli nella cellula che svolgono il ruolo di centrali energetiche. Questi organuli cellulari sono rivestiti da un doppio sistema di membrane: la membrana interna del mitocondrio si Intro flette a formare numerose pieghe dette creste mitocondriali, che delimitano uno spazio interno, la matrice mitocondriale. La matrice sede di molteplici vie metaboliche, fra cui la decarbossilazione ossidativa del piruvato e il ciclo dell’acido citrico. Il punto di passaggio fra la glicolisi e il ciclo dell’acido citrico consiste nella decarbossilazione ossidativa del piruvato ad acetile (un gruppo chimico a due atomi di carbonio) e nella trasformazione di questo in acetil-CoA grazie al legame con il coenzima A Il processo inizia con l’ingresso della molecola di piruvato nei mitocondri grazie ad uno specifico trasportatore di membrana. A questo punto il piruvato diviene il substrato di una reazione catalizzata dal complesso molti enzimatico della piruvato deidrogenasi, costituito da numerose subunità proteiche dotate di tre diverse attività enzimatiche e da cinque coenzimi. La decarbossilazione ossidativa del piruvato è una reazione irreversibile in cui sia la produzione di una molecola di acetil-CoA accoppiata alla formazione di una molecola di NADH e alla liberazione di una molecola di anidride carbonica. il principale destino metabolico dell’ acetil-CoA prodotto è quello di entrare nel ciclo dell’acido citrico per essere completamente ossidato. L’attività del complesso della piruvato deidrogenasi È regolata in modo allosterico: ATP, NADH e acetil-CoA sono inebitori, mentre AMP, CoA e NAD sono attivatori del complesso. L’acetil-CoA che si genera all’interno dei mitocondri rappresenta un nodo metabolico fondamentale sul quale confluiscono tutti i processi cataboliti.oltre che dal catabolismo dei carboidrati, L’acetil-CoA si ottiene anche dal catabolismo degli acidi grassi e degli aminoacidi. L’INIZIO: Una volta formato, l’acetil-CoA entra in una via metabolica ciclica che prende il nome di ciclo di Krebs. Tutti gli enzimi del ciclo si trovano nella matrice mitocondriale. Nel ciclo di Krebs una molecola di acetil-CoA viene completamente ossidata con liberazione del CoA, di due molecole di anidride carbonica, una molecola di GTP , tre molecole di NADH e una di FADH. L’intera via metabolica si sviluppa in otto tappe, ognuna delle quali è catalizzata da un enzima specifico. L’ingresso dell’acetil-CoA nel ciclo dell’acido citrico avviene grazie al trasferimento del gruppo acetile su una molecola di ossalacetato: questa reazione è catalizzata dall’enzima citrato sintasi e porta alla formazione del citrato. Quest’ultimo viene successivamente trasformato in una serie di intermedi fino alla rigenerazione dell’ossalacetato, che rientra nuovamente in gioco per legare un altro gruppo acetile. Il ciclo dell’acido citrico genera in modo diretto solo una piccola quantità di ATP. Il ciclo dell’acido citrico si svolge in presenza di ossigeno e i coenzimi NADH e FADH prodotti saranno destinati a cedere elettroni alla molecola di ossigeno attraverso la catena di trasporto elettronico: questo processo libera l’energia che permette la sintesi di grandi quantità di ATP. La stessa catena di trasferimento elettronico serve a rigenerare i coenzimi NAD e FAD necessari per lo svolgimento di tutte queste relazioni ossidative del metabolismo. La velocità con cui decorre il ciclo dell’acido citrico è regolata dalla richiesta di ATP da parte della cellula. Il principale enzima regolatore del ciclo di Krebs è il citrato sintasi che è inibito da ATP NADH e attivato da ADP. È importante ricordare che il ciclo di Krebs ha un ruolo anfibolico, ovvero partecipa sia il catabolismo sia l’anabolismo: oltre a rappresentare la via terminale del metabolismo ossidativo, il ciclo di Krebs fornisce anche i precursori di alcune vie anaboliche. Per esempio, nelle cellule del fegato il citrato può essere trasferito nel citoplasma, dove viene degradato a ossalacetato e acetil-CoA. Quest’ultimo è utilizzato per la biosintesi degli acidi grassi e del colesterolo. Data l’importanza di questo ciclo è fondamentale che gli intermedi delle vie siano sempre presenti in quantità adeguate. In caso contrario, la cellula morirebbe per carenza di energia. Per evitare che ciò accada, sono di particolare importanza le cosiddette reazioni anaplerotiche in cui vengono prodotti intermedi del ciclo dell’acido citrico grazie alle quali viene garantito il continuo rifornimento di questi composti alla cellula. IL TRASFERIMENTO DI ELETTRONI NELLA CATENA RESPIRATORIA: Dopo la glicolisi E il ciclo dell’acido citrico, affinché il metabolismo ossidativo possa svolgersi senza interruzioni, è necessario che i coenzimi NADH e FADH siano riconvertiti alla loro forma ossidativa, ovvero in NAD e FAD. Per fare questo, i coenzimi nella forma ridotta trasferiscono gli elettroni all’ossigeno attraverso una serie di reazioni redox cui partecipano i trasportatori di elettroni della catena respiratoria è detta anche catena di trasporto elettronico. L’energia che si libera in questo processo di trasferimento elettronico viene usata per la biosintesi della maggior parte dell’ATP prodotta dalla cellula. I trasportatori di elettroni: Nei mitocondri delle cellule, il processo di ossidazione del NADH e FADH non si svolge tuttavia attraverso una singola reazione redox. Se così fosse, l’energia liberata sarebbe dispersa completamente come calore e non potrebbe essere utilizzata per produrre ATP. Al contrario, circa il 40% di tale energia viene immagazzinata sottoforma di energia chimica con la formazione di molecole di ATP.ciò è possibile perché il passaggio degli elettroni da NADH e FADH alla molecola di ossigeno si realizza in modo graduale, attraverso una serie di reazioni redox che coinvolgono numerosi trasportatori, ovvero molecole in grado di acquisire e poi cedere elettroni. Ogni volta che un trasportatore riceve uno o più elettroni si riduce, per ridursi darsi immediatamente dopo, attraverso la cessione degli stessi elettroni a un altro trasportatore con potenziale di riduzione maggiore. trasportatori di elettroni che intervengono nel processo di trasferimento elettronico sono di diversi tipi:  Le flavoproteine: sono proteine che contengono un gruppo prostatico flavinico in grado di legare reversibilmente due elettroni  Le proteine ferro-zolfo: sono gruppi chimici costituiti da ioni di ferro che formano complessi con atomi di zolfo capaci di legare un elettrone alla volta  I citocromi: sono proteine contenenti il gruppo eme in cui lo ione ferro può ridursi legando reversibilmente un elettrone per passare alla forma Fe3+ a Fe2+.  Le proteine contenenti ioni Cu: presentano centri binucleari trasporto di elettroni nella catena respiratoria potesse essere utilizzata per la sintesi dell’ATP. In base alla teoria che mi osmotica, la biosintesi dell’ATP dipende dalla creazione di un gradiente elettrochimico ai due lati della membrana mitocondriale interna: la formazione di questo gradiente deriva, a sua volta, dal trasferimento di elettroni nella catena respiratoria.questa teoria ho trovato conferma nei dati sperimentali con la dimostrazione dell’esistenza di un gradiente di ioni H+ ai due lati della membrana mitocondriale interna. L’ATP SINTASI: In concomitanza con il trasferimento degli elettroni da NADH e FADH all’ossigeno attraverso i complessi della catena respiratoria sia il passaggio di protoni dalla matrice mitocondriale allo spazio Inter membrana. Questo gradiente elettrochimico che si viene a creare tra i due lati della membrana mitocondriale interna è associato ad un’energia potenziale che può essere impiegata per generare molecole di ATP. La sintesi di ATP avviene a livello dell’ATP sintasi, un complesso proteico associato alla membrana mitocondriale interna Il complesso dell’ATP sintasi usa l’energia associata al gradiente protonico ai due lati della membrana mitocondriale interna per sintetizzare ATP da ADP e piruvato La tipi sintasi è separata dei complessi che costituiscono i trasportatori degli elettroni e presenta una struttura particolare. In questo complesso si possono identificare due porzioni collegate tra di loro:  Una testa rotondeggiante F1 che sporge verso la matrice ed è composta da molte subunità; contiene il sito catalitico della sintesi dell’ATP  Un corpo allungato Fo ovvero una porzione immessa nella membrana mitocondriale interna anch’essa costituita da varie subunità e in contatto con la testa; questa è la porzione con funzione di canale per i protoni. Alcune parti del complesso, per esempio le subunità catalitiche di F1 sono fisse e costituiscono il cosiddetto statore dell’ATP sintasi; oltre, per esempio gran parte della porzione Fo E lo stelo ad essa collegato sono invece mobili e costituiscono il rotore del sistema LA SINTESI DELL’ATP: Il gradiente elettrochimico transmembrana creato dalla catena di trasporto elettronico tende a essere annullato dal flusso degli ioni H+ che dallo spazio Inter membrana ritornano verso la matrice mitocondriale attraverso la subunità Fo dell’ATP sintasi. Il passaggio dei protoni attraverso il canale induce una rotazione in senso orario del rotore; questo movimento si trasmette dallo stelo che, a sua volta, innesca modificazioni conformazionali nelle subunità catalitiche della porzione F1. Questo causa una serie di eventi molecolari, che a partire dall’ ADP E il piruvato, portano al rilascio dell’ATP sintetizzato. La cessione di due elettroni da parte di una molecola di NADH alla catena respiratoria determina la sintesi e il rilascio di 2,5 molecole di ATP Se il donatore iniziale di elettroni è il FADH il gradiente elettrochimico generato è minore perché non viene coinvolto il complesso I della catena respiratoria: la conseguenza è una minore produzione di energia chimica che è 1,5 molecole di ATP Nel complesso si producono 32 molecole di ATP per ogni molecola di glucosio ossidata completamente a CO2 e H2O La demolizione aerobica di una molecola di glucosio rappresenta l’insieme di vie cataboliti e più importanti per la produzione di energia chimica sottoforma di ATP.tuttavia questo processo è solo una piccola parte dell’intero metabolismo che coinvolge tutte le classi di Bío molecole. IL METABOLISMO DEI CARBOIDRATI: Il glucosio al centro del metabolismo cellulare dei carboidrati.esso può essere degradato a piruvato attraverso la glicolisi O a lattato con la fermentazione.alternativamente, il glucosio può prendere la via dei ventoso fosfati, un processo cataboliti co che si svolge in tutte le cellule, la cui funzione è quella di produrre zuccheri a cinque atomi di carbonio come il ribosio. Nei muscoli e nel fegato, dopo un pasto, il glucosio può essere immagazzinato come riserva sottoforma di glicogeno attraverso la glicogenosintesi. Il glicogeno accumulato e poi demolito a glucosio al momento del bisogno attraverso la glicogenolisi: nel caso del muscolo, la glicogenolisi si attiva quando le cellule muscolari sono sottoposte a intense attività e devono produrre l’energia necessaria per la contrazione; nel fegato le cellule epatiche rigenerano glucosio da immettere in circolo per impedire un calo eccessivo LA DOPPIA ELICA: l’organizzazione strutturale del DNA è stata ricostruita nel 1953 da due scienziati Watson e Crik che partirono dalla cristallografia a raggi X di fibre di DNA. Essi costruirono così un modello tridimensionale che giustificava tutte le prove sperimentali disponibili. Il modello tridimensionale del DNA ha alcune caratteristiche che consentono di comprendere le sue specificità funzionali. Il DNA è formato da due filamenti polinucleotidici antiparalleli, cioè uno con direzione 5’ 3’ e l’altro da 3’ 5’ che si associano tra di loro e assumono un andamento elicoidale intorno un asse comune formando una doppia elica. In questo modello, le basi puriniche e pirimidiniche dei due filamenti sono dirette le une verso le altre all’interno dell’elica, formando coppie che possono essere viste come gradini di un’ipotetica scala a chiocciola in cui il corrimano è rappresentato dallo scheletro zucchero-fosfato, posto all’esterno. L’accoppiamento delle basi avviene lungo direzioni perpendicolari all’asse doppia elica. LA REPLICAZIONE DEL DNA: Quando una cellula si divide, la molecola di DNA in essa contenuta deve essere replicati suddivise equamente tra le cellule figlie, in modo che l’informazione genetica venga trasmessa alla progenie. Questo processo si chiama replicazione del DNA. Deve essere rapido e accurato e per ciò la sua esecuzione è affidata all’azione di specifici enzimi, che si uniscono a formare il complesso di replicazione. L’azione sequenziale di questi enzimi, porta all’apertura della doppia elica di DNA con la formazione di una bolla replicativa, in cui due complessi di replicazione iniziano a duplicare ciscun filamento. Si formano così due forcelle replicative che procedono in direzioni opposte Gli enzimi sono:  La DNA elicasi: che apre la doppia elica, esponendo i singoli filamenti che fungeranno da stampo per la DNA polimerasi  La DNA topoisomerasi: che insieme all’elicasi srotola il DNA e ne consente l’avanzamento Fra le coppie di basi azotate esiste una strettissima specificità di appaiamento: (Chargaff)  L’ADENINA può accoppiarsi solo con LA TIMINA e viceversa  LA GUANINA può accoppiarsi solo con LA CITOSINA e viceversa L’appaiamento delle basi avviene grazie a specifici legami a idrogeno che si formano all’interno di ciascuna coppia  L’enzima primasi: sintetizza un breve primer di RNA complementare al filamento di DNA  La DNA polimerasi: che aggiunge un nucleotide alla volta all’estremità 3’ del primer, generando il nuovo filamento procedendo sempre in direzione 5’ 3’; in seguito il primer di RNA viene eliminato e sostituito da un tratto di DNA  La DNA ligasi: che unisce i frammenti di DNA in un filamento unico Ci sono anche altri enzimi che svolgono funzioni specifiche solo per la replicazione del DNA in certi organismi. Per esempio quando una forcella replicativa raggiunge un’estremità del cromosoma, non riesce a ricopiare il tratto terminale del DNA; questo causa l’accorciamento progressivo del cromosoma. Il completamento della replicazione avviene grazie all’enzima telomerasi. Sia nei procarioti che negli eucarioti la molecola di DNA non viene replicata a partire da un punto qualsiasi. Esistono infatti delle specifiche sequenze di DNA dette origini di replicazione che legano il complesso replicativo. I due filamenti di DNA che si avvolgono a doppia elica sono antiparalleli: questo fa sì che la sintesi di DNA durante la replicazione debba avvenire in modo diverso su due filamenti complemaentari:  La sintesi del filamento veloce procede in modo continuo, poiché l’estremità 3’ dei primer è libera e la DNA polimerasi può aggiungere nucleotidi via via che la forcella di replicazione si apre  La sintesi del filamento lento è discontinua perché deve procedere a ritroso. Mentre la forcella di replicazione si apre vengono sintetizzate piccole sequenze di 100-200 nucleotidi. Questi frammenti sono detti frammenti di Okazaki e sono sintetizzati come il filamento veloce in direzione 5’ 3’ e sono poi riuniti dalla DNA ligasi Durante la replicazione ciascun filamento di DNA originario funge da stampo per la DNA polimerasi, che sintetizza il nuovo filamento complementare seguendo le regole dell’appaiamento delle basi: si generano così due copie identiche del DNA di partenza La replicazione del DNA viene detta semiconservativa perché al termine del processo ognuna delle due copie di DNA a doppia elica generate avrà un filamento proveniente dal DNA originale e uno invece nuovo. LA STRUTTURA DELLE MOLECOLE DI RNA: l’informazione contenuta nel DNA deve essere trasferita all’RNA il ruolo dell’RNA è quello di anello di collegamento tra l’informazione chimica contenuta nel DNA, sotto forma di sequenze nucleotidiche e le proteine, che sono specifiche sequenze di amminoacidi. Anche l’RNA come il DNA è un polimero ma composto da ribonucleotidi, cioè da nucleotidi in cui lo zucchero è il ribosio invece del desossiribosio i ribonucleotidi che formano l’RNA contengono anch’essi quattro basi azotate:  ADENINA  GUANINA  CITOSINA  URACILE sostituisce la timina del DNA La maggiore differenza tra DNA e RNA riguarda la struttura tridimensionale:  Le catene di RNA sono piuttosto brevi ( sempre minore rispetto a quelle del DNA)  Le molecole di RNA sono quasi sempre costituite da un singolo filamento, ma nella cellula sono spesso ripiegate su se stesse: all’interno di uno stesso filamento di RNA, l’appaiamento tra le basi complementari favorisce la formazione di complesse strutture secondarie. I TIPI DI RNA: Ci sono diversi tipi di RNA le cui differenze strutturali sono alla base della loro diversa funzione nel processo di biosintesi delle proteine. 1. RNA MESSAGGERO L’informazione genetica contenuta nel DNA serve alla cellula per digerire la sintesi di tutte le sue proteine.tuttavia questa informazione deve essere prima ricopiato in una molecola di mRNA che fornisce all’apparato della sintesi proteica una copia del messaggio in codice contenuto nel DNA. Le molecole di mRNA sono filamenti poliribonucleotidici sintetizzati da particolari enzimi detti RNA polimerasi, usando come stampo i filamenti di DNA conseguenza complementare a quella che codifica le diverse proteine cellulari.questo processo si chiama trascrizione. Gli mRNA degli eucarioti presentano alcune caratteristiche peculiari rispetto a quelli procarioti:  All’estremità 5’della molecola possiedono dei cappucci costituiti da un residuo terminale di 7 metil-guanosina che rende la molecola più stabile e resistente ai sistemi di degradazione cellulari  All’estremità 3’ si trova una lunga ripetizione di adenina è lunga 150-200 nucleotidi che hai il compito di aumentare la stabilità dell’mRNA 2. RNA RIBOSOMIALE: Nelle cellule l’apparato che sintetizza le catene polipeptidiche Sulla base dell’informazione dell’mRNA e il ribosoma: un grande complesso formato da proteine associate all’RNA ribosomiale è costituito da due subunità. Gli rRNA sono sintetizzati usando come stampo il DNA presente nel nucleolo, ovvero la zona del nucleo dove le cellule eucarioti che in cui viene avviato l’assemblaggio dei ribosomi.per l’elevata concentrazione di RNA e proteine il nucleolo appare al microscopio elettronico come un’area molto densa del nucleo.nel complesso gli R RNA costituiscono la maggior parte dell’RNA cellulare e della massa dei ribosomi 3. RNA TRANSFER Gli RNA transfer sono le più piccole tra le molecole di acido ribonucleico, costituite da una catena di 75-90 nucleotidi.legano in modo specifico i singoli amminoacidi e li trasportano al complesso ribosomi-mRNA. Qui gli aminoacidi amminoacido e la formazione del legame peptidico tra amminoacidi.il primo RNA transfer si stacca, il secondo scorre di una posizione e il terzo entra nel ribosoma; il processo si ripete ma mano che l’mRNA viene letto  Terminazione: quando nel ribosoma entra uno dei tre codoni di stop, un fattore di rilascio lega l’mRNA e causa la separazione del polipeptide dal ribosoma. Il processo continua finché l’intero mRNA non è stato totalmente tradotto. Una volta completata la sintesi della proteina, l’mRNA si stacca dai ribosomi e viene demolito Il polipeptide così formato dovrà essere ripiegato acquistare la propria conformazione nativa prima di finire nel compartimento cellulare qui è destinato per svolgere la sua funzione L’ORGANIZZAZIONE DEI GENI E L’ESPRESSIONE GENICA: La trascrizione e la traduzione sono i processi attraverso i quali l’informazione contenuta nel DNA è convertita in una molecola funzionale: nel complesso, questa serie di eventi è chiamata espressione genica. La modalità con cui le cellule regolano l’espressione dei geni sono svariate e questa varietà rispecchia la diversità degli organismi. Un’importante differenza tra genomi procariotici ed eucariotici è che, in questi ultimi, molti geni non codificano proteine. negli esseri umani, per esempio, oltre il 98% dell’informazione contenuta nel DNA non serve per digerire la sintesi di proteine. È sempre vero, invece, che il DNA degli eucarioti porta, mediante la trascrizione alle sintesi di diversi tipi di RNA. Inoltre, negli eucarioti un singolo gene può portare alla produzione di più proteine. Questo avviene perché nella maggior parte degli organismi eucariotici possiedono geni interrotti. Le sequenze codificanti che contengono l’informazione per la sintesi della proteina, dette esoni sono intercalate da blocchi di sequenze non codificanti, dette introni lunghe anche decine di migliaia di nucleotidi. Diversi esoni presenti in un gene possono essere saldati secondo combinazioni diverse che generano proteine differenti. Questo tipo di organizzazione conferisce ai geni eucarioti una versatilità molto maggiore dei geni dei procarioti che, essendo privi di introni codificano ciascuno per una singola proteina.per un corretto svolgimento delle funzioni cellulari, è importante che la trascrizione e la traduzione siano coordinate con le condizioni della cellula o dell’organismo. I geni presenti nel genoma non sono quindi espressi sempre comunque, ma solo in specifici momenti della vita della cellula.il processo con cui alcuni geni sono trascritti attivamente e altri sono mantenuti in attivi si chiama regolazione dell’espressione genica. La specializzazione o differenziamento delle cellule è dovuta all’espressione di geni differenti, che è possibile grazie alla regolazione spaziale e temporale dell’espressione genica: in base al programma di sviluppo di un certo tessuto, verranno espressi solo certi geni e solo in determinati momenti. I procarioti sono organismi unicellulari e, a differenza degli organismi pluricellulari, non hanno la necessità di guidare la specializzazione di tessuti diversi. LA REGOLAZIONE DELL’ESPRESSIONE GENICA: Per fare in modo che i geni vengono espressi in modo controllato sia dal punto di vista temporale sia spaziale, gli organismi devono integrare gli stimoli provenienti dall’ambiente esterno con quelli del proprio programma genetico di sviluppo e per farlo si affidano a complessi schemi di regolazione dell’espressione genica. L’enzima responsabile della sintesi di una molecola di RNA a partire da un filamento di DNA stampo e la RNA polimerasi. Perché questo enzima posso operare la trascrizione in maniera precisa, è necessario che sulla molecola di DNA siano presenti speciali sequenze regolatrici: I promotori che determinano il punto di inizio della trascrizione e sono posizionati sempre a monte del gene e i terminatori, che segnalano il punto in cui la trascrizione deve terminare. La sequenza di DNA compresa tra un promotore il suo terminatore è detta unità trascrizionale I fattori trascrizionale sono un ampio gruppo di proteine regolatrici che modulo hanno dal punto di vista temporale spaziale l’espressione differenziale dei geni:  Il legame del fattore repressore blocca la trascrizione  Il legame del fattore attivatore stimola la trascrizione GLI OPERONI: Nei procarioti i geni che svolgono funzioni correlate sono organizzati in unità trascrizionale dette operoni. Ogni operone contiene due sequenze regolatrici: un promotore a cui si lega l’RNA polimerasi e un operatore che si trova nelle vicinanze del promotore e lega un fattore di trascrizione Gli operoni sono di due tipi:  Inducibili  Reprimibili L’operone di lac di Escherichia coli è un esempio di operone inducibile in cui la regolazione è operata da un repressore che normalmente legato all’operatore E blocca la trascrizione. In assenza di lattosio: 1. Il repressore inibisce la trascrizione legandosi all’operatore 2. L’RNA polimerasi non può legarsi al promotore e la trascrizione è bloccata 3. Non viene prodotto mRNA In presenza di lattosio: 1. L’allolattosio induce la trascrizione, legandosi al repressore, che di conseguenza non può più legarsi all’operatore.l’RNA polimerasi si lega al promotore 2. Quando il repressore non è legato all’operatore l’RNA polimerasi può trascrivere i geni per gli enzimi L’operone triptofano è un esempio di operone reprimibile Triptofano assente: 1. Il gene regolatore produce un repressore inattivo capace di legarsi all’operatore 2. L’RNA polimerasi trascrive i geni strutturali. La traduzione produce gli enzimi della via metabolica del triptofano Triptofano presente: 1. Il triptofano lega il repressore che a sua volta si lega all’operatore 2. Il triptofano inibisce il legame dell’RNA polimerasi, impedendo la trascrizione di geni strutturali, quindi la sintesi degli enzimi coinvolti nella sintesi del triptofano L’ ESPRESSIONE GENICA NEGLI EUCARIOTI: I VIRUS: I virus sono parassiti endocellulare obbligati, ovvero dipendono dal metabolismo della cellula ospite per potersi riprodurre. Essi sono unici perché, contrariamente agli organismi viventi, non hanno una struttura cellulare. I virus sono costituiti da un involucro proteico, detto capside, al cui interno si trova il genoma, che può essere costituito da uno o più filamenti di DNA o RNA. Si dividono in  Virus a DNA  Virus a RNA I virus sono le uniche entità biologiche che possono usare l’RNA sia per l’espressione dei geni sia per la trasmissione alla progenie dell’informazione genetica. Inoltre sono anche gli unici a possedere molecole di DNA genomico formate da un singolo filamento, invece che da una doppia elica. In alcuni virus, il capside e circondato da una membrana detta envelope costituita da un frammento di membrana citoplasmatica derivata dalla cellula infettata Un’altra caratteristica che contraddistingue i virus è quella di avere dimensioni molto piccole. I virus i media sono quindi circa 50 volte più piccoli di una tipica cellula batterica. Anche il genoma dei virus è più piccolo di quello dei procarioti. I virus sono infatti parassiti come tali, richiedono un numero molto limitato di Jenny, perché la maggior parte delle funzioni metaboliche viene offerta dalla cellula infettata. I virus non hanno apparati per la traduzione delle proteine per la produzione di energia: per queste funzioni, il virus dipende completamente dalle risorse offerte dalla cellula che ha infettato. IL CICLO VITALE DEI VIRUS: Ogni virus alla capacità di infettare una o poche specie ospiti. I virus sono molto specifici. All’esterno della cellula ospite le singole particelle virali sono prive di attività metabolica e sono indicate con il nome di virioni. Si distinguono due cicli:  Il ciclo litico: causa la lisi cellulare  Il ciclo lisogeno: il genoma virale permane nella cellula ospite senza produrre nuovi virus ed è in uno stato di latenza