Replicazione, trascrizione, traduzione del DNA, Appunti di Biologia

Scarica Replicazione, trascrizione, traduzione del DNA e più Appunti in PDF di Biologia solo su Docsity! PRIMI ESPERIMENTI FATTI PER STUDIARE LA REPLICAZIONE DEL DNA: Replicazione del dna, per poter essere tramandato nelle cellule figlie. Esperimento di Kornberg: usava soluzioni in cui c’era una molecola di dna i partenza e usava diverse miscele per vedere quando si sintetizzava. Dimostro che per sintetizzare un nuovo dna sono sufficienti i 4 nucleotidi, la dna polimerasi (enzima che catalizza) e un filamento stampo.* Il suo esperimento non spiegava come avvenisse la replicazione, Corsa otteneva? C’erano diverse Ipotesi: - modello semiconservativo: due molecole con un filamento vecchio e uno nuovo - Modello conservativo: la molecola viene mantenuta e assistessi alla sintesi di una completamente nuova - Modello dispersivo: due molecole di cui filamenti sono alcuni frammenti nuovi e altri vecchi. Esperimenti per capire quale modello è più veritiero: Utilizzando il Escherichia coli= E. coli Li hanno fatti crescere nel azoto 15 (pesante), quindi hanno un dna pesante. Poi li hanno messi con quelli dall’ azoto 14 (più leggero). Dopo un ciclo di replicazione il dna aveva un peso intermedio tra i due. Quindi il dna aveva conteneva dia N 15 che N 14. Quindi il modello deve per forza essere semiconservativo. REPLICAZIONE Processo replicazione dna, durante la fase S: (Fattori di iniziazione: dna preesistente, un complesso di replicazione, un primer/filamento di rna come innesco di partenza, diverse proteine=complesso proteico di replicazione ) Fase di denaturazione: separazione dei filamenti di dna, quindi rottura dei legami a idrogeno tra le basi: - Le proteine topoisomerasi modificano la forma a elica e la “srotolano”. - l’enzima dna elicasi utilizza l’energia ottenuta dal’idrolisi dell’ATP per rompere i legami a idrogeno - i filamenti tendono a riunirsi, quindi le proteine SSB si legano ai filamenti e li tengono separati. Fase di allungamento/sintesi Il complesso di replicazione inizia la sintesi di un nuovo dna in un punto specifico della sequenza chiamato ori(origine di replicazione), da dove inizia a svolgersi in due forcelle di replicazione distinte, che fanno entrambe da stampo per ai nuovi filamenti. Nei procarioti, uno massimo due ori Negli eucarioti, ci sono più ori per accelerare il processo. Bolla di replicazione (parte di filamenti separati) Forcelle (alle estremità della bolla) Ia dna polimerasi sono enzimi si infila nell’apertura della bolla di replicazione per formare il nuovo filamento e la forcella srotola lungo tutto il filamento per aprire la bolla. Dna polimerasi è una proteina che si aggancia al filamento di stampo e scorre su tutto il dna, allungandolo. Riconosce i nucleotidi che passa e quindi lega i nucleotidi al filamento preesistente (legge il filamento stampo, sintetizza quello nuovo). La dna polimerasi non riesce a partire senza un segnale di inizio, la dna primasi crea/sintetizza un innesco chiamato primer , un filamento di rna complementare al dna stampo. la dna pol. si aggancia sull’ultimo nucleotide del primer per iniziare. Dna pol. Lavora in un’unica direzione, i nucleotidi sono aggiunti solo sull’estremità 3’ del primer. Quindi deve avere un 3’ libero per poter agganciare un 5’ nuovo, 5’3’(va solo in un senso). La sintesi del filamento con l’estremità 3’ libera procede in modo continuo=filamento veloce. L’altro filamento 3’5’ è anti parallelo e il dna pol non può scorrere al contrario e procede in modo discontinuo = filamento lento Quando la forcella si apre, l’estremità 3’ si allontana, lascia uno spazio non replicato. la primasi lascia dei primer ogni tot sul filamento lasciato indietro. Così poi il dna pol. 3 si accorge di aver lasciato indietro un pezzo, torna indietro e aggiunge nucleotidi fino a che non incontra il primer precedente. Poi tona di nuovo indietro su un altro primer e continua così. lega tra loro e quindi viaggia in senso opposto credendo di sintetizzare un filamento che ha lasciato indietro, sintesi in modo discontinuo. Questo è il filamento ritardato, e il pezzo di filamento tra un primer e l’altro è il frammento di Okazaki. Alla fine un’altra dna pol., la polimerasi 1 Rimuove i primer sul filamento e li sostituisce con il filamento corretto di dna, ma rimane un spazietto vuoto tra i filamenti di Okazaki. Il dna ligasi crea i legami fosfodiescherici finali nel filamento senza primer, tra i filamenti di Okazaki. Nei cromosomi eucariotici ci sono dei telomeri (null’uomo: TTAGGG) sequenza alla fine del filamento singolo, non replicato, dove viene tolto il primer. Nella maggior parte delle cellule eucariote i cromosomi si accorciano a ogni replicazione. Perché se tolto il primer non c’è niente l’altro, il filamento singolo non può esistere e quindi verrebbe tagliato. Mentre nelle cellule staminali, la telomerasi (enzima) usa una sequenza di rna per fornire uno stampo per estendere il filamento di dna, in modo da non far accorciare il dna. Il punto di denaturazione sta fermo, è il dna che ci scorre per replicarti completamente. Il nostro dna è associato a delle proteine, istoni, formando I nucleosomi. Quindi per replicarli deve staccarsi sbrodolarsi dagli istoni Negli eucarioti ce una complessità maggiore, quindi ce un alto d’asso di errori durante la replicazione. Tre meccanismi di riparazione di errori durante la replicazione: (in ordine cronologico) - correzione di bozze (proofreading), avviene quando il dna polimerasi si compie. - Riparazione di anomalie di appaiamento, un sistema controllore passa sul filamento e rimuove i nucleotidi appaiati in modo sbagliato e ne appaia uno corretto. Avviene quando si è appena replicato.(Come? Quando c’è una coppia sbagliata si forma una rientranza) - Riparazione per escissione, viene tagliato un pezzo di filamento dove ce una base danneggiata, e le sostituisce. ESPRESSIONE GENETICA del dna Grazie ad alcuni esperimenti, Tatum e Beadle, hanno studiato una muffa del pane. L’ha messa nel terreno, essa cresce perché è completa, può produrre quello che le serve, grazie ad un gene che codifica l’enzima necessario. Hanno poi sottoposto la muffa a raggi X che agiscono da agenti mutageni e quindi provocano mutazioni. Dopo averla rimessa nel terreno non cresce più perché non ha più i geni per produrre ciò che le serve. Perché sono state indotte delle mutazioni che colpivano un gene in specifico che dava un enzima che permetteva di utilizzare delle sostanze. Conclusione —> ogni gene specifica/codifica per un determinato enzima. ‘Un gene un enzima’ Ma non è possibile per in genoma umano, poiché troppo vasto. Oggi sappiamo ch è un gene è una sequenza di nucleotidi e che molte proteine hanno una struttura quaternaria (sono composte da 4 catene polipeptidiche).—> meglio dire ‘un gene un polipeptide’ Dogma centrale della biologia melocolare (enuncioato da Crick), cose che sono cosi senza bisogno di dimostrazioni. create che vanno nell apparato di Golgi, esso produce/rielabora molecole più complesse a partire dalla proteina appena creata. Le proteine possono subire modificazioni dopo la traduzione. MUTAZIONI - Somatiche: nelle cellule non implicate nella replicazione, non trasmissibili ai figli - Della linea germinale: nelle cellule produttive, hanno ripercussione sulle generazioni successive attraverso la separazione dei gameti. Le mutazioni possono però avere diversi effetti fenotipici, sul dna. - Mutazione Silente: ce una mutazione sul dna, ma grazie alla ridondanza del codice genetico non ha effetto sul fenotipo e codifica la stessa proteina. Porta alla popolazione nuove sequenze geniche che potrebbero risultare a vantaggiose - Mutazione da perdita/guadagno di funzione: la mutazione del dna può causare una codificazione di una diversa proteina, che può essere non funzionante. Se manca il gene la proteina non può essere prodotta. Se invece la mutazione causa un gene che produce una proteina con una nuova funzione che pero può essere dannosa o che non servono. Tre categorie di mutazioni : 1. Mutazioni puntiformi, coinvolgono una sola coppia di basi. Mutazioni più comuni. Esse si dividono in - Silenti, in cui la sequenza di amminoacidi non cambia anche se una base è diversa. Grazie alla variabilità genetica, cambiando una base comporta un nuovo codone, ma più codoni codificano lo stesso amminoacido quindi è probabile che il cambiamento della base cambi il codone ma il nuovo code codifica lo stesso amminoacido. Cambia la sequenza originale a livello di basi ma il prodotto finale è lo stesso. Conferisce variabilità all’interno della specie. - Di senso (significato), il cambiamento della base causa anche il cambiamento del codone, che codifica un amminoacido differente da quello iniziale. Tendenzialmente è svantaggiosa - Di non senso, cambiando la base il codone diventa un codone di strop prematuro, quindi la proteina non è completa e non funziona. - Da scorrimento della finestra di lettura, vengono inserita o tolta una coppia di basi, quindi le basi unite a triplette scorre e cambiano i codoni, gli amminoacidi sono differenti. 2. Mutazioni cromosomiche, coinvolgono un segmento di dna, più basi. - delezione: perdita di un segmento cromosomico - Duplicazione: quando cromosomi omologhi si spezzano e si riuniscono scambiandosi i segmenti. - Inversione: reinserimento si un segmento rotto in modo invertito. - Traslocazione: quando cromosomi non omologhi si scambiano frammenti. 3. Mutazioni del cariotipo, riguardano il numero dei cromosomi. - aneuplodia , se il corredo cromosomico è in eccesso o in difetto - Euploidia aberante, se ci sono interi corredi cromosomici in piu o in meno. Mutazioni spontanee: se i comabiamenti del dna non provengono da cause eterne. Mutazioni indotte: provocate da un fattore esterno detto agente mutante. REGOLAZIONE GENICA E SVILUPPO EMBRIONALE GENOMA PROCARIOTI Genoma procarioti nel citoplasma, ha quasi solo informazioni necessarie e sono compatti. I plasmidi contengono informazioni in più che possono essere trasferite da una cellula all’altra. I batteri sono una struttura semplice ed è l’ambiente che regola l’espressione genetica, a seconda dell’ambiente dei geni vengono attivati o repressi. Promotore all’inizio del gene che attiva la trascrizione, Operatori sono sequenze che intervengono nella regolazione specifica di certi gene batterici, Alla fine ce la sequenza terminatore. Repressore, non fa intralcia la trascrizione. Operone è la sequenza genetica necessaria in risposta a stimoli ambientali per la sopravvivenza dei batteri, attive o reprime la produzione di certi enzimi. Processi veloci e temporanei, due categorie di operoni: - Operoni inducibili= operoni repressi che vengono attivati a seconda di condizioni ambientali. Es. Operone lac (lattosio) è inducibile, quando il lattosio viene indotto, il lattosio si attacca alla molecola repressore che reprime l’Operone che cambia la sua struttura e non può più agganciarsi all’operore per reprimerlo. Quindi l’rna polimerasi può trascrivere i geni che producono enzimi del metabolismo del lattosio. Quando il lattosio finisce esso si stacca dalla molecola repressore, che si aggancia di nuovo al filamento e quando gli enzimi del lattosio non vengono prodotti. - Operoni reprimibili= operoni attivi che se non ce bisogna della sua attività viene represso. Es. Operone trp (triptofano) è reprimibile. È necessario, quindi deve essere sempre presente. Se è presente i i geni che servono per il suo metabolismo vengono sempre prodotti, nulla li blocca. Quando il triptofano scarseggia esso si lega al repressore inattivo e lo attiva. Molto spesso i genomi batterici cambiano, poiché sono piccoli e semplici, per essere vantaggiosi per la cellula procarioti. Vantaggiosi per la cellula, non necessariamente vantaggiosi per il sistema in cui sono. Es. Il battere della Salmonella, diventa patogeno per l’uomo quando assume funzioni diverse e quindi nocive per l’uomo. Il sequenziamento del dna di molti microorganismi è stato utile per studiare i genomi di procarioti che possono avere risvolti importanti per l’essere umano e per l’ecosistema. I procarioti si scambiano info genetiche sfruttando i plasmidi. Certi genomi sono necessari e presenti in tutti gli organismi. Genoma minimo può essere definito prendendo un organismo semplice e mutare un gene alla volta per vedere cosa succede. Esso è sufficiente a garantire le funzioni base delle cellule procariote, studi sul genoma minimo possono portare alla creazione di specie artificiali.. Mycoplasma genitalium ha uno dei genomi più piccolo conosciuti. I plasmidi sono molecole circolari di dna a coppia elica separate dal cromosoma principale. Ogni plasmidi contiene in media 10-12 geni che si distinguono in 3 categorie - operoni metabolici specializzati - Geni per la resistenza agli antibiotici - Geni per la coniugazione, nei plasmidi F. Nei procarioti si dividono 3 processi di trasformazione: coniugazione, trasduzione I batteri si riproducono per scissione binaria, le cellule figli sonno geneticamente identiche alla cellula progenitrice= cloni. Però ci negli anni si sono create diverse specie di batteri. Questo è possibile grazia ad uno scambio di materiale genetico attraverso un processo i chiamato coniugazione. Unione fisica tra due cellule attraverso il pilo sessuale, un canale proteico filamentoso che mette in comunicazione il citoplasma delle due cellule Nella coniugazione si ha l’unione di un batterio donatore o F positivo e un batterio ricevente o F negativo. Quando una cellula F+ si unisce tramite pilo sessuale ad un F- , una coppia del plasmide F fluisce attraverso io pilo dal donatore al ricevente. Il dna trasferito può ricombinarsi con il cromosoma batterico tramite crossing over. Coniugazione permette alle cellule batteriche di scambiarsi materiale genetico, aumentando la propria variabilità genetica. Trasduzione è il trasferimento di geni che avviene per mezzo dei batteriofagi/fagi (virus)che infettano le cellule batteriche. Ciclo litico: i fagi uccidono la cellula ospitante riproducendosi immediatamente. Utilizzano alcuni enzimi per fare a pezzi il dna batterico Trasduzione generalizzata: il frammento di dna batterico viene inglobato dal virus in maniera casuale. Ciclo lisogeno: i fagi inseriscono il proprio acido nucleico nel genoma della cellula ospitante, posticipano la riproduzione. Trasduzione specializzata: i fagi tendono a portarsi dietro sempre lo stesso filamento di dna Trasformazione batterica I batteri integrano sequenze libere che trovano in ambiente. Le cellule che muoiono liberano il proprio genoma spezzettato, le altre cellule procariotiche vive lo prendono per avere nucleotidi per sistema replicativo o contengono sequenze geniche importanti. Coniugazione, trasformazione e trasduzione avviene un trasferimento genico di tipo orizzontale, quindi tra cellule vive nello stesso momento, nella stessa generazione. Quelli che utilizzano la riproduzione per trasmettere le info genetiche, fanno un trasferimento verticale, dai genitori ai figli. Trasferimento genico si basa su sequenze chiamate trasposoni= piccole sequenze geniche che si possono muovere, poiché copiati e trasferiti lungo lo stesso cromosoma o su cromosoma differenti, anche su cellule diversi Trasposoni semplici e complessi/retrotrasportoni (retrotrasfosori, sono in grado di retrotrascrivere il dna) Creano sequenze altamente ripetute, poiché possono staccarsi, essere replicati e spostarsi. Nelle cellule eucarioti che hanno origine virale Retrotrasposone un sequenza che viene trascritta in RNA che codifica enzimi necessari per essere riconvertito in frammento di dna per reinserirsi in un punto qualsiasi del genoma. La retro trascrittasi ricopia il filamento di RNA prima che venga degradato in un frammento di cDNA, che viene inserito nuovamente in un punto a caso del genoma grazie ad un enzima chiamato endonucleasi che taglia il dna originale per inserirei il cDNA. Eccezione del dogma centrale, dal dna si passa al rna che pero può tornare in dna. GENOMA EUCARIOTICO È molto più vasto dei procarioti, contiene molte più informazioni ed è più complesso, anche perche il dna gira intorno ad un istone. Non ce una sola molecola di dna, ma più coppie di cromosomi . L’espressione dei geni sono regolati da organismi che interagiscono con esso, non solo da fattori esterni. I geni sono geni interrotti, ci sono sia parte codificanti che non. Esoni e introni. Attraverso il meccanismo di splicing si rimuovono gli introni grazie allo splaceosoma. Lo splicing alternativo rimuove anche esoni per avere sequenze alternative. Dopo lo splicing viene aggiunto un cappuccio, un gruppo metidico, al nucleotide G, 5’ =capping, al 3’ viene attaccata una coda poli-A (adeninica) per dare stabilità=poliadenilazione. Per evitare che il filamento venga degradato. Ci sono piu coppie dello stesso gene in posizioni diverse, frutto di processi replicativi. Avere sequenze ripetute è funzionale per lo scopo che alcuni geni hanno. Garantiscano che ce ne siano abbastanza.