Microbiologia 1 Capitolo 1: Modello cellula procariotica ed eucariotica, Dispense di Biologia, microbiologia e tecnologie di controllo sanitario

Scarica Microbiologia 1 Capitolo 1: Modello cellula procariotica ed eucariotica e più Dispense in PDF di Biologia, microbiologia e tecnologie di controllo sanitario solo su Docsity! Microbiologia 1 Capitolo 1 modello cellula procariotica Le cellule procariotiche sono più piccole con diametro di circa uno/due micron e più semplici di quelle eucariotiche. Non possedendo organuli cellulari, la loro membrana plasmatica, oltre a controllare il passaggio delle sostanze è sede di importanti reazioni cellulari. All'esterno della membrana plasmatica è quasi sempre presente un involucro rigido, la parete cellulare, con compiti essenzialmente protettivi. Talvolta può esserci anche un'ulteriore rivestimento, la capsula, con funzione di adesione e protezione. Le cellule procariotiche possono essere anche dotate di flagelli utilizzati per il movimento e i pili impiegati nei processi di scambio di materiale genetico tra batteri diversi. L'ambiente interno è costituito dal citoplasma, ovvero una soluzione acquosa di vari tipi di composti chimici che con ruoli diversi partecipano alle reazioni cellulari, inoltre, se è osservato al microscopio rivela, il DNA e i Ribosomi. DNA Il DNA è la molecola responsabile dell'informazione contenuta nei geni. Il termine viene utilizzato per indicare un segmento di DNA che contiene l'istruzione per produrre una proteina o una molecola di RNA. Il DNA che non esprimere tutte le proteine è detto DNA codificante, una parte del DNA, di dimensioni variabili a seconda della specie, presenta delle sequenze non codificanti che hanno in alcuni casi la funzione di regolare l'espressione dei geni. Normalmente il DNA dei procarioti forma una sola molecola a doppio filamento circolare e superavvolta comunemente chiamata cromosoma. Oltre al DNA Cromosomico, molti batteri posseggono i plasmidi, ovvero piccole molecole di DNA extracromosomico a doppio filamento e circolari contenenti informazioni per caratteri accessori non fondamentali per la vita delle cellule stesse. Il DNA totale di un organismo comprensivo dai geni e dei tarti non codificanti, viene indicato con il termine genoma. Ribosomi I ribosomi sono grandi complessi macromolecolari presenti in un numero elevatissimo che svolgono compiti fondamentali nella sintesi proteica, in quanto consentono di leggere le istruzioni geniche e utilizzarle per la formazione delle proteine. Modello cellula eucariotica Le cellule eucariotiche si differenziano da quelle procariotiche per la maggiore complessità strutturale, oltre che per le dimensioni, avendo diametri di forma compresi tra 10 e 30 micron. Come le cellule procariotiche,anche quelle eucariotiche, sono separate dall'ambiente esterno, dalla membrana plasmatica, cui si aggiunge nelle alghe, nei funghi, una parete cellulare rigida. Le cellule eucariotiche si differenziano da quelle procariotiche per la presenza di una massa citoplasmatica suddivisa nei vari organuli che consentono una separazione anche fisica, delle principali attività vitali. La parte del citoplasma non occupata dagli organuli o citosol contiene come nelle cellule procariotiche i vari tipi di molecole che partecipano alle reazioni cellulari, oltre ai numerosissimi ribosomi. Gli organuli che possiedono sono nucleo ,cromosomi ,reticolo endo.,apparato di golgi,lisosomi,mitocondri e cloroplasti. Nucleo e cromosomi Il nucleo è un corpo cellulare piuttosto grande, tanto da essere spesso osservabili al microscopio ottico, contenente il genoma e separato dalla massa citoplasmatica della membrana nucleare. Quest'ultima costituita da un doppio sistema di membrane, l'interna e l'esterna e presenta delle interruzioni o pori nucleari che facilitano gli scambi tra il comparto nucleare e quello citoplasmatico. Rispetto al genoma dei procarioti, quello eucariotico è più grande. Ad essere maggiore è soprattutto La quantità di DNA non codificante in eccesso. Tanta differenza consiste nel fatto che il DNA degli eucarioti origina più molecole,quindi più cromosomi. Ogni molecola di DNA eucariotico è un lungo filamento lineare a doppia elica a cui si legano numerose molecole proteiche distinte in due sottogruppi, gli istoni e le proteine non istoniche. Gli istoni formano come delle perle attorno alle quali il DNA, con i vari nucleosomi, assume quindi una struttura simile a quella di una collana di perle che viene chiamata cromatina. I vari rimodellamenti della cromatina dipendono dall'intervento di numerose proteine non istoniche e dal cambiamento di posizione di nucleosomi che rendono disponibili il DNA all'espressione dei geni. Al momento della divisione cellulare le fibre di cromatina, a loro volta duplicate, subiscono un'ulteriore addensamento che porta alla formazione dei cromosomi. All'interno del nucleo si può distinguere il nucleolo ovvero una massa compatta che rappresenta la zona di sintesi delle molecole di RNA destinata alla formazione dei ribosomi e per questo chiamate rRNA. Dal punto di vista funzionale, il nucleo è il compartimento cellulare in cui avviene la sintesi e il riarrangiamento degli acidi nucleici:DNA RNA. Riproduzione La riproduzione è la tipica proprietà della vita. A livello molecolare, anche il DNA può formare copie di se stesso attraverso un processo indicato come replicazione o duplicazione del DNA. La riproduzione delle cellule viene comunemente chiamata divisione cellulare: la cellula madre dividendosi ripartisce tra le due cellule figlie il materiale genetico e quello citoplasmatico. Questa sequenza di eventi viene indicata con l'espressione ciclo cellulare. Nella riproduzione asessuata detta anche agamica o vegetativa un solo genitore forma la progenie che possiede quindi gli stessi caratteri genetici del genitore. La riproduzione sessuata o gamica coinvolge invece due genitori di sesso diverso, che attraverso l'unione delle loro cellule sessuali o gameti (fecondazione) originano il nuovo organismo. Gli eventi che caratterizzano la vita degli organismi dal punto di vista dei processi riproduttivi e detto ciclo vitale. Replicazione del DNA La replicazione del DNA è il processo attraverso cui da una molecola di DNA a doppia elica si formano due molecole di DNA a doppia elica, ciascuna costituita da uno dei due filamenti ereditato dalla molecola di partenza e da un filamento di nuova sintesi. Per questo viene detta semiconservativa. Al momento della duplicazione della molecola DNA, che è molto stabile, viene aperta in zone dette di origine della replicazione, attraverso l'intervento di proteine iniziatrici che, dopo essersi legata al DNA rompono il legame idrogeno tra le basi e separano i due filamenti per un corto segmento, esponendole base alla copiatura. Con l'apertura da doppia elica e la formazione della cosiddetta forcella di replicazione ciascun filamento funge da stampo per la formazione del nuovo filamento, che risulterà complementare al filamento di stampo. I diversi nucleotidi liberi si affiancano infatti alle basi esposte dei due filamenti aperti secondo la regola della complementarietà: adenina con timina e guanina con citosina. Una volta allineato ogni nuovo Nucleotide è unito al filamento in crescita dall'enzima DNA polimerasi, che può essere considerato il principale sistema catalitico della replicazione del DNA. Ciclo cellulare dei procarioti Nei procarioti il ciclo cellulare si basa su un processo di divisione cellulare chiamata scissione o fissione binaria, in quanto la cellula madre si divide più o meno a metà, originando due cellule figlie della stessa grandezza. Quando un batterio ha raggiunto in determinate dimensioni e completato la replicazione della molecola di DNA, i due cromosomi inutilizzati si separano e si posizionano nelle due metà opposte della cellula. Il loro movimento sarebbe determinato da una proteina, citoplasmatica, la proteina MREB, simile all' actina degli eucarioti, che polimerizzando,formerebbe una specie di struttura a spirale che aggancia e trascina i cromosomi. La divisione delle cellule in due e invece dovuta alla formazione di un anello proteico centrale costituito dalla proteina FTSZ, simile alla tubulina degli eucarioti e da altre molecole che determina l'introflessione della membrana e la formazione della parete a livello del setto divisione. Da ogni cellula batterica si può formare una progenie di batteri geneticamente uguali, detta clone. In seguito, raggiungono la posizione sulla piastra equatoriale della cellula (metafase II) ed i loro centromeri si dividono per consentire ai cromatidi fratelli di migrare verso i poli opposti (anafase II) fenomeno definito disgiunzione cromatidica. Durante la telofase II, i cromatidi separati, definiti ora cromosomi, raggiungono i poli ed intorno ad essi si formano i nuclei. Quindi ciascun nucleo figlio contiene un corredo aploide di cromosomi. La meiosi II è quindi molto simile alla mitosi, tuttavia le cellule figlie nella meiosi sono aploidi e il corredo cromosomico non è geneticamente identico a quello della cellula madre. Numerosi microrganismi eucariotici invece possono riprodursi sia sessualmente, sia sessualmente, generalmente quando le condizioni ambientali diventano sfavorevoli ed è importante aumentare la possibilità di sopravvivenza. In tal caso, sia le cellule aploidi sia quelle diploidi possono dividersi per mitosi, alternando generazioni aploidi a generazione diploide.Per questo motivo il ciclo aplodiplonte viene indicato anche con l'espressione alternanza di generazione. ci sono infine diverse Alghe o Protozoi In cui predomina una fase di crescita aploide in quanto lo zigote non si riproduce, ma una volta formatosi effettua subito la meiosi. originando quattro cellule aploidi, ovvero la meiosi zigotica. Il loro ciclo vitale è detto aplonte, in quanto ciascuna cellula aploide spesso chiamata spora, si divide per mitosi. La fecondazione nel caso dei microrganismi viene più spesso chiamata fusione o coniugazione. Analisi dei geni dell'rRNA Con lo sviluppo delle tecniche di microbiologia molecolare é stato possibile spostare lo studio dei microrganismi, in particolare dei procarioti, dai carattere fenotipici a quelli genotipici,ovvero dai caratteri che si manifestano, anche se non direttamente, come la forma cellulare e il tipo di lipidi di membrana, ai caratteri che riguardano l'informazione genetica come la sequenza nucleo tic dica delle molecole di DNA e RNA. Questo passaggio é stato favorito dallo studio del Genoma di un procariote e dalla possibilità di rielaborare i risultati delle analisi molecolari attraverso gli strumenti della bioinformatica. Intorno al 1970 il microbiologo statunitense Woese analizzando le sequenze nucleotidiche della molecola di RNA ribosomiale della subunità minori del riposò ma procariotico indicata come rRNA 16s o anche ssURNA si accorse che c'erano dalle differenze tra le rRNA16s di un particolare gruppo di metanobatteri e le sequenze di rRNA16s di altri batteri. L'rRNA16s insieme ad altre molecole Come alcuni enzimi è considerato un orologio voluti voi è in grado di misurare i cambiamenti avvenuti nel corso dell'evoluzione La scelta è dovuta da: ● É presente in tutti gli organismi ● Ha una dimensione di circa 1500 nucleotidi ● É una molecola che si é conservata nel corso dell'evoluzione, senza subire mutazioni significative. Presenta le sequenze firma che vengono usate per costruire gli alberi filogenetici. Per studiare le molecole di rRNA 16s si estrae il DNA dalle cellule in esame e si amplifica il gene che contiene l'informazione per l'rRNA 16S attraverso la PCR che permette di ottenere in una provetta molte copie della stessa sequenza nucleotidica. In questo modo si può disporre del materiale sufficiente per procedere al sequenziamento dei geni del ragno e determinare l'ordine dei nucleotidi della sequenza in esame. Capitolo 9 Il sistema genetico dei microrganismi I geni Sono unità di informazione Essi sono Infatti sequenze nucleotidiche di DNA che contengono l'informazione per un determinato prodotto finale che è per la maggior parte dei geni, una catena polipeptidica, Ma che può essere anche per alcuni geni una molecola di RNA. poiché le catene polipeptidiche vanno a formare le proteine, si può affermare che il DNA di una cellula contiene l'informazione per l'intera collezione di proteine che servono alla cellula. sono quindi elementi centrali della vita per con la conoscenza della loro struttura e funzione è fondamentale per la comprensione dei diversi fenomeni che interessano i viventi. 9.1 Nascita e sviluppo della genetica/MAPPA DEL TEMPO Nel 1856 e 1863 avvengono gli esperimenti di Mendel, scoprì e analizzo' gli incroci tra varianti diverse di piante. Nel 1900 nascono le basi della genetica che utilizzano il modello sperimentale sviluppato da Mendel e si nota che i principi di questo metodo possono essere usati anche sull'uomo. W.S. Sutton studiano il comportamento delle cavallette durante la meiosi e si nota che c'era una correlazione tra i cromosomi e i fattori ereditari avviando così la teoria cromosomica dell'ereditarietà . Morgan verificherà la teoria dicendo anche che i fattori mendeliani sono disposti in modo lineare nei cromosomi, riuscendo a costruire la prima mappa genetica. H.J. Muller utilizzo' i raggi X per indurre mutazioni e analizzare la frequenza. G.Beadle e E.Tatum scoprirono utilizzando i mutanti della muffa che i geni controllano la formazione di enzimi. Negli Anni 40 J.D. Watson e F.M. Crick scrissero un articolo sulla struttura del DNA doppia elica Genetica classica → Genetica molecolare Durante questo periodo si nota che solo alcuni caratteristiche seguono il modello Mendeliano, spiegazioni è adatta ai caratteri controllati da un solo gene , come monogenici o monofattoriali. Tali condizioni sono invece piuttosto rare e la maggior parte dei caratteri richiede interpretazioni diverse, quale l'eredità poligenica, più geni controllano un carattere, e la pleiotropia, un gene Controlla più caratteri. Inoltre l'espressione dei caratteri può essere influenzata anche dai fattori ambientali secondo il cosiddetto modello multifattoriale a livello fenotipico i caratteri si possono esprimere anche attraverso la codominanza, entrambi gli alleli vengono espressi, e la dominanza intermedia, il fenotipo dell'eterozigote è intermedio tra quello degli omozigoti. Negli anni 70 nasce l'Ingegneria genetica grazie all'evoluzione dei macchinari. Nel 1976 nasce la prima società di sfruttamento delle applicazioni dell'ingegneria genetica, Genentech, produttrice dell'insulina umana e dell'ormone della crescita. Nel 1994 nasce il primo frutto transgenico in vendita: il pomodoro flavr savr, organismi geneticamente modificati. Nel 1977 dopo la nascita della bioinformatica si sequenziano i primi genomi di un virus batterico. Nel 2003 Il consorzio pubblico internazionale del Progetto Genoma Umano in un'azienda privata, la celera genomics, hanno annunciato il completamento della sequenza del DNA umano, di 3,2 miliardi di paia di nucleotidi Mendel Johann Mendel, dopo aver studiato scienze naturali all'Università di Vienna, diventa ricercatore presso una pazzia e diventa prete prendendo il nome di Gregor nel 1847 qualche anno dopo intraprese un esperimento su l'ibridazione delle piante scegliendo piante di pisello. nel dopo gli esperimenti notò che c'erano caratteristiche dominanti e recessive, quelle che si presenta e quelle che non comparivano formulando il principio dell'uniformità della prima generazione ibrida successivamente formulò il principio di segregazione,Durante la formazione dei gameti i geni possono essere trasmessi indipendentemente Le forme diverse di un carattere, quali giallo e verde per il colore del seme, sono detti alleli indicati con la lettera maiuscola, se dominanti, e con lettera minuscola se recessivi. per visualizzare gli alleli dei gameti prodotti dai genitori che prevede i rapporti quantitativi del genotipi e fenotipi della progenia si utilizza comunemente il quadrato di Punnet. Durante la produzione dei gameti i due diversi geni ,del colore e della forma del sem si separano in modo indipendente dall'uno all'altro soprattutto per il fatto di non trovarsi sullo stesso cromosoma, principio dell'assortimento indipendente 9.2 Organizzazione e funzioni del genoma L'organizzazione del sistema genetico di procarioti ed eucarioti presenta somiglianze ma anche differenze, elementi genetici dei procarioti sono il cromosoma, spesso unico, ma non necessariamente, i plasmidi entrambi costituiti in generale da molecole di DNA circolare covalentemente chiuso Per valutare e confrontare le dimensioni dei genomi ci si riferisce all'aspetto cromosomico aploide, misurato attraverso la lunghezza del DNA espressa dal numero delle basi. i genomi procariotici hanno dimensioni inferiori a quelli eucariotici ma densità genica molto più elevata. i procarioti hanno di norma geni continui in quattro formati da sequenze nucleotidiche tradotte per intero, localizzati a stretto contatto lungo il cromosoma, con poche regioni non codificanti e poche sequenze ripetute. spesso le sequenze ripetute formano elementi trasponibili, Che possono spostarsi da una parte all'altra del genoma. l'organizzazione del genoma degli eucarioti presenta una maggiore variabilità dati I differenti tipi organismi. il DNA nucleare, avvolto agli istoni Nella formazione dei nucleosomi , presenta due gradi di compattamento, quello delle fibre di eterocromatina da 30 NanoMetri, più condensate, e quello del eucromatina da 10 NanoMetri, con fibre meno condensate e svolte. Il compattamento del DNA è dinamico i nucleosomi non sono fissi in posizioni particolari e la doppia elica può scorrere sulla superficie degli istoni e diventare accessibile alle proteine che ne permettono le funzioni. È stato ipotizzato che oltre codice genetico basato sulla sequenza dei nucleotidi possa esserci anche un codice istonico che, regolando la struttura della cromatina, permetterà di modulare l'espressione dei geni. Il termine utilizzato per indicare lo studio dei cambiamenti fenotipici delle espressioni dei Geni non riconducibili a cambiamenti nella sequenza del DNA è epigenetica. si ritiene che fattori ambientali che favoriscono l'insorgenza di Tumori possano agire non attraverso alterazioni strutturali del DNA bensì mediante cambiamenti funzionali dello Stato della cromatina. A differenza del genoma procariotico quello eucariotico è ampiamente caratterizzato da sequenze nucleotidiche non codificanti, i geni degli eucarioti, sono di tipo discontinuo poiché sono interrotti da sequenze non codificanti, chiamate Introni che vengono rimosse al momento delle espressioni del gene. tali sequenze non codificanti ci sono segmenti nucleotidici ripetuti uno dietro l'altro chiamati DNA satellite e distinti in sottoclassi in base alle dimensioni del blocco di nucleotidi ripetuto, da qualche decina a un centinaio per mini satelliti e da 2 a 8 circa per microsatelliti detti quindi STR. poiché nelle popolazioni ci sono più forni alleliche dei microsatelliti dato che il numero delle ripetizioni varia frequentemente, i microsatelliti sono spesso utilizzati come marcatori genici. 9.4 Espressione dell’informazione L'informazione codificata nel DNA è usata per sintetizzare l’RNA, e come l’RNA funge, da stampo per la produzione di proteine. Tra i diversi tipi di RNA l’intermedio impiegato per dirigere la sintesi delle proteine è l’RNA messaggero o mRNA. La direzione del flusso dell’informazione genetica è indicata con dogma centrale . Secondo questo principio generale il flusso dell’informazione , può andare dal DNA alle proteine e non viceversa. Anche i termini usati per indicare le due tappe del processo, sono trascrizione e traduzione. Nella trascrizione l'informazione della sequenza nucleotidica è semplicemente trasferita dal DNA all'RNA, la sintesi dell'RNA si basa sullo stesso codice nucleotidico dello stampo a DNA La traduzione comporta, una decodificazione del messaggio genetico poiché alla sequenza dei nucleotidi dell'mRNA corrisponde l'ordine di polimerizzazione degli amminoacidi della Catena polipeptidica. Riassumendo la sequenza degli eventi, per produrre la proteina corrispettiva sia la fase iniziale composta dalla sintesi della molecola di mRNA relativa al Gene da tradurre. successivamente, per costruire la catena polipeptidica, di lunghezza variabile, la molecola di mRNA si lega a un ribosoma, il ribosoma scorre lungo il filamento di mRNA e in corrispondenza di ogni serie di tre nucleotidi, chiamata codone o tripletta,Permette il rilascio di un amminoacido, trasportato al ribosoma dal rispettivo RNA Transfer o tRNA. Inserimento dell'amminoacido corretto, è regolato dalla pagamento tra il codone del mRNA è una sequenza complementare i tre nucleotidi, detta anticodone, presente nel tRNA. Ogni amminoacido adatto, viene unito al precedente attraverso la formazione del legame peptidico. l'allungamento della Catena polipeptidica termina quando il ribosoma raggiunge un segnale di stop, Codoni non senso. a questo punto la proteina si stacca dal ribosoma per assumere la conformazione tridimensionale che ne caratterizza la funzione. Gli studi, hanno evidenziato un aspetto molto importante E cioè la sostanziale universalità del codice genetico, per cui tutti viventi, adottano lo stesso codice per contenere ed esprimere l'informazione. le principali differenze tra procarioti ed eucarioti riguardano, oltre ad alcuni aspetti dell'apparato molecolare utilizzato per tradurre il messaggio genetico, la presenza Negli eucarioti, di geni discontinui che comportano il rimaneggiamento dal mRNA prima della traduzione. Sintesi dell’RNA La trascrizione è il processo durante il quale l'informazione passa dal DNA alle RNA senza cambiamento del codice di scrittura. A livello molecolare, la trascrizione utilizza un macchinario di sintesi Formato dai 4 tipi di ribonucleosidi 5’-trifosfato, dall'atp, dal DNA da copiare, Dagli ioni un Mg2+ E da complesso enzimatico della RNA polimerasi. Inoltre la RNA polimerasi non ha bisogno di un primer per iniziare la sintesi della nuova catena nucleotidica, è meno precisa del DNA polimerasi. la trascrizione si svolge come la duplicazione del DNA, in tre fasi principali: inizio allungamento e terminazione. La RNA polimerasi è un aggregato di differenti subunità proteiche comprendenti una subunità transitoria detta fattore di inizio ho fattore σ, All'inizio della trascrizione la RNA polimerasi si lega un tratto di DNA, chiamato promotore, collocato davanti alla porzione da trascrivere ed è riconosciuto per la presenza di particolari sequenze nucleotidiche, dette sequenze consenso. Io un punto vicino ai primi nucleotidi da trascrivere, le RNA polimerasi avvia la separazione dei due filamenti della doppia elica, formando la bolla di trascrizione. Dopo aver originato un frammento di almeno 10 coppie di basi RNA polimerasi si stacca dal promotore e passa alla fase di allungamento solo uno dei due filamenti del DNA è usato come stampo, quando sul DNA sono presenti la timina, la citosina e la guanina nel filamento di RNA informazione vengono incorporate adenina, guanina e citosina mentre se nel DNA c'è l'adenina viene inserito L’uracile. come la DNA polimerasi anche la RNA polimerasi aggiunge i ribonucleotidi in direzione 5’ → 3’, per cui il filamento di RNA prodotto è antiparallelo al elica di DNA che funge da stampo la RNA polimerasi continua la trascrizione, fino al raggiungimento di una particolare sequenza detta terminatore, Al cui livello il complesso enzimatico si distacca dal DNA e dal RNA trascritto, consentendo al DNA di riavvolgersi nella doppia elica. nei microrganismi eucariotici la trascrizione è più complessa e richiede l'intervento di proteine aggiuntive che smantellano e successivamente ricostruiscono i nucleosomi Per consentire l'azione del RNA polimerasi. nei procarioti la trascrizione f.to ATA da un unico tipo di RNA polimerasi, Negli eucarioti ci sono tre differenti RNA polimerasi: - L’RNA polimerasi I sintetizza l’rRNA - L’RNA polimerasi II permette la formazione dell’mRNA, operando in modo simile a quelle batteriche - L’RNA polimerasi III polimerizza le molecole di tRNA. Di norma nei procarioti la RNA messaggero trascritto è pronto per la lettura del messaggio mentre Negli eucarioti C subisce modificazioni prima di essere utilizzato I geni discontinui e maturazione dell’mRNA degli eucarioti Prima di essere trasferito dalla sua sede di formazione, il nucleo delle cellule, al citoplasma, Dove si svolge la sintesi delle proteine, l'RNA messaggero degli eucarioti subisce un processo di maturazione: capping, poliadenilazione e splicing a seguito dei quali l'mRNA trascritto primario o pre-mRNA si trasforma nell mRNA maturo.Il capping, poliadenilazione si svolgono contemporaneamente alla trascrizione nell’aggiunta alla molecola di RNA di: Una specie di cappuccio o CAp all'estremità 5’, rappresentato da una guaina melata che favorisce l’interazione tra l'mRNA e il ribosoma. Una coda poliadenilata o poli-A all’estremità 3’, formata da residui di adenina, con la probabile funzione di favorire la terminazione. Mi piazzo evento, il più importante, dove i geni della maggior parte dei procarioti hanno sequenze codificanti contigue, molti geni degli eucarioti sono costituiti da sequenze nucleotidiche codificanti interposte a segmenti non codificanti. tali geni sono per questo chiamati geni discontinui, mentre con le espressioni esoni e introni si indicano, rispettivamente i tratti di DNA che vengono espressi e quindi mantenuti nel RNA maturo e quello invece che non codificano.Mentre la trascrizione dei geni procariotici porta la sintesi di molecole di RNA messaggero che può subito svolgere la traduzione, la trascrizione dei geni discontinui eucariotici comporta la formazione di pre-mRNA i cui tratti non codificanti devono essere eliminati prima della sintesi proteica. L'eliminazione degli introni, che comporta il taglio delle sequenze non codificanti e il riattacco dei segmenti codificanti, è indicata con l'espressione splicing del RNA. dove Il riconoscimento delle sequenze consenso, il taglio degli introni e il riattacco degli esoni sono svolti dalle snRNP, ribonucleoproteine (proteine + piccoli RNA nucleari, snRNA) che, assemblandosi, formano il grosso complesso molecolare dello spliceosoma. L’ATP fornisce l’energia.Gli introni eliminati vengono degradati. Gli splicing che portano alla formazione di differenti mRNA maturi a partire da un unico pre-mRNA si chiamano splicing alternativi , mentre i loro prodotti proteici sono chiamati isoforme i due splicing alternativi da ricordare sono i self-splicing e editing dell’RNA, hanno lo stesso obiettivo quello di eliminare la parte non codificata durante tutto il processo di trascrizione. Maturazione dell’RNA ribosomiale Tagli differenti tipi di RNA le molecole di RNA ribosomiale sono le più abbondanti, nei genomi degli organismi ci sono, pertanto, più coppie di geni per l’rRNA. gli RNA procariotici ed eucariotici si formano in modo abbastanza simile, attraverso la creazione di lunghe molecole di trascritti primari che vanno incontro a cambiamenti chimici, da parte delle enucleati, per poter originare i vari RNA maturi. Negli eucarioti i cambiamenti strutturali del pre-rRNA sono favoriti da RNA guida, detti piccoli RNA nucleari snRNA, che operano in associazione a proteine. al termine della processazione le molecole di rRNA mature si assemblano alle rispettive proteine ribosomiali per formare le due subunità, minori e maggiori dei ribosomi che, a loro volta si uniscono a costruire il ribosoma solo al momento della traduzione vera e propria Maturazione e caricamento dell'RNA Transfer Anche il processo di maturazione dei tRNA trascritti primari comporta l'accorciamento dei filamenti e l'introduzione di cambiamenti chimici in alcune basi trasformate in basi inusuali quali Linosina e la metilguanosina. Ogni filamento di tRNA si avvolge su se stesso in modo tale da formare una struttura a doppia elica stabilizzata da legami idrogeno tra nucleotidi complementari. Alcune sequenze nucleotidiche non sono però accoppiate e restano libere, di queste: ● Una rappresenta un anticodone cioè la sequenza di tre nucleotidi in grado di riconoscere il rispettivo codone lungo l'MRNA ● Un'altra formata in tutte le molecole di tRNA dalla stessa sequenza terminale cca all'estremità 3 primo rappresenta la zona in cui si legano i diversi amminoacidi Il legame tra gli aminoacidi e le molecole di RNA è attuato da un particolare gruppo di 20 enzimi le amminoacil-tRNA-sintetasi. Le amminoacil-tRNA-sintetasi attaccano gli aminoacidi ai rispettivi tRNA per mezzo di una reazione che si svolge in due tempi: Dapprima legano l'aminoacido all'amp attraverso un legame ad alta energia Poi caricano l'aminoacido attivato all'estremità tre primi-oh del tRNA in questo modo Si originano le molecole di amminoacil-tRNA che avendo un legame ad alta energia tra l'aminoacido e il tRNA mantengono l'aminoacido in forma attivata per la successiva reazione di polimerizzazione. Sintesi delle proteine A livello molecolare il processo della sintesi proteica si basa su un intervento coordinato di una serie di strutture costituite dal mrna, dai ribosomi, Dai tRNA caricati con i rispettivi aminoacidi, da numerose proteine e molte molecole di GTP come fonte di energia. Ogni ribosoma contiene tre siti di legame per le molecole di : uno chiamato sito a per il DNA che trasporta l'aminoacido entrante, il secondo detto sito p o peptidico per il tRNA che trattiene la catena polipeptidica nascente e infine il sito e da cui esce il tRNA scarico. La sintesi delle proteine avviene in due fasi: ● Trascrizione: si forma mRNA; avviene nel nucleo ● Traduzione: avviene nel citoplasma, sui ribosomi ed è la fase in cui dal mRNA si forma la proteina. Quindi è necessario passare dalla sequenza di nucleotidi dell'RNA, alla sequenza di amminoacidi delle proteine: questo passaggio avviene attraverso il codice genetico. La prima fase è quella della trascrizione dove all' inizio di questa fase la doppia catena del DNA si apre per una lunghezza di circa 1000 nucleotidi da un punto detto “inizio” a un punto detto di “termine” o “terminazione”. Successivamente un enzima detto RNA polimerasi porta in corrispondenza ai nucleotidi di una delle due catene di DNA, i nucleotidi complementari e li lega insieme, (A si lega con T e C con G). Nell’RNA al posto della T c’è la U.