Replicazione DNA e trascrizione-traduzione: introduzione biologia molecolare, Appunti di Chimica dei materiali

Scarica Replicazione DNA e trascrizione-traduzione: introduzione biologia molecolare e più Appunti in PDF di Chimica dei materiali solo su Docsity! ENZIMI Gli enzimi sono catalizzatori biologici i quali rendono più veloce una reazione chimica. Tale processo è dovuto al sito attivo che rende possibile l’avvicinamento, a basso livello energetico, delle molecole che devono reagire. Una volta depositate le molecole nel sito attivo, il substrato può reagire più velocemente. In questo modo si forma più facilmente, a minor contenuto energetico, il complesso di attivazione. Infatti il complesso di attivazione per essere formato richiede un elevato contenuto di energia. L’enzima non fa altro che abbassare tale energia. Il complesso attivato è una via intermedia tra i reagenti e i prodotti, costituito da enzima e substrato. L’enzima a sua volta si trasformerà in enzima prodotto, e alla fine rilascerà l’enzima pronto a reagire di nuovo, insieme ai prodotti. L’attività enzimatica è la quantità di substrato di prodotto che viene trasformato in un intervallo di tempo. L’attività enzimatica è anche influenzata dalla temperatura: a temperature molto basse, l’attività enzimatica è bassa, aumentando la temperatura anche l’attività enzimatica aumenta. Tuttavia non si può andare oltre un valore massimo di temperatura raggiungibile, che viene chiamata temperatura ottimale. Se si aumenta ancora di più la temperatura, l’attività enzimatica diminuisce fino a diventare zero, in quanto l'enzima è caratterizzato da legami deboli che tendono a rompersi. Nel momento della rottura l’enzima si denatura per cui si distrugge. Sull’attività enzimatica influisce anche il ph, esiste infatti un ph ideale per ogni enzima. Se si aumenta la concentrazione dell’enzima il prodotto aumenta in modo direttamente proporzionale. Se invece aumenta la quantità di substrato, aumenta l’attività enzimatica ma c’è un valore oltre al quale l’attività enzimatica rimane la stessa. REGOLAZIONE A livello cellulare, gli enzimi vengono rigorosamente regolati. Ovvero avviene il controllo diretto del DNA sull‘attività degli enzimi. Se un enzima in un certo momento non deve lavorare, la cellula mette in azione dei meccanismi che fanno in modo che l'enzima venga bloccato. Al contrario se in un determinato momento c’è bisogno di un'elevata quantità di prodotti, la cellula metterà in azione delle strategie in modo tale da creare più prodotti e che l’attività enzimatica venga svolta. La regolazione degli enzimi viene effettuata dagli inibitori enzimatici. Sono degli inibitori che mettono fuori uso un enzima in maniera permanente. È una molecola che si lega covalentemente con il sito attivo, bloccando l’ingresso del substrato. Se i legami sono forti, l’enzima viene bloccato per sempre. Mentre gli inibitori transitori formano legami leggeri(dipolo-dipolo-forze di london). Si legano in via transitoria al sito attivo solo per un determinato tempo. L’inibizione competitiva ha una struttura chimica e una geometria molecolare simile al substrato entra così in competizione con il substrato per occupare il sito attivo dell’enzima senza dare luogo ad alcuna reazione. Esiste anche una inibizione definita non-competitiva, che può bloccare contemporaneamente un enzima non competendo con il substrato. Questi enzimi hanno un’altro strato all’interno in cui alloggia una molecola, il cui effetto sarà quello di trasformare in maniera transitoria la forma dell’enzima. In questo modo non sarà più disponibile a raccogliere i reagenti in quanto l’inibitore ha modificato il sito attivo. Un’altro sistema di inibizione riguarda gli enzimi allosterici, sono enzimi di grandissima dimensione(struttura quaternaria) che svolgono la loro funzione nelle vie metaboliche. Le vie metaboliche sono un insieme di reazioni chimiche incatenate in cui c’è una reazione iniziale che produce i prodotti che sono a loro volta reagenti di una reazione successiva che porteranno alla formazione del prodotto finale. Le vie metaboliche sono quindi regolate dagli enzimi. Gli enzimi allosterici sono costituiti oltre al sito attivo anche da un altro sito detto allosterico. La cellula produce molecole, dette effettori positivi e negativi, che vanno nel sito allosterico e influiscono sia in maniera positiva che negativa. Quelli positivi fanno in modo che l'enzima acquisisca nel sito attivo la forma precisa del substrato. Gli effettori negativi agiscono modificando leggermente il sito attivo, impedendo che il substrato entri nel sito attivo. In base agli effettori negativi o positivi la cellula accoglierà o meno. I NUCLEOTIDI I nucleotidi sono i monomeri degli acidi nucleici i quali a loro volta sono i biopolimeri presenti nei sistemi viventi e svolgono la funzione di conservazione, trasmissione ed espressione dei caratteri ereditari. I nucleotidi sono costituiti da tre componenti: un monosaccaride, gruppo fosfato e base azotata. Il gruppo fosfato è il radicale dell'acido fosforico ed è il radicale che conferisce le proprietà acide agli acidi nucleici. I monosaccaridi degli acidi nucleici sono monosaccaridi pentosi cioè sono costituiti da cinque atomi di carbonio in cui è presente il gruppo aldeidico che può essere il D-ribosio e il D-2-desossiribosio. La base azotata invece si lega al deossiribosio con un legame covalente forte che prende il nome di legame n-glicosidico. Le basi azotate possibili nel DNA possono essere di due tipi: purine e le pirimidine. Le purine sono formate a due anelli condensati, con la presenza di gruppi amminici come l’adenina e la guanina. Le pirimidine sono composti ad anello singolo come la citosina, timina e uracile. Si legano attraverso un legame covalente per condensazione al carbonio-1. Lo zucchero e la base azotata danno come risultato un nucleoside. Il gruppo ossidrile del carbonio-5 dello zucchero del nucleoside può reagire con una molecola di acido fosforico: si ha l’eliminazione di una molecola di acqua e la formazione di un legame estereo che determina un composto chiamato nucleotide. Il gruppo fosfato di un nucleotide può reagire con il gruppo ossidrile del carbonio tre dello zucchero di un altro nucleotide. L’eliminazione di una molecola di acqua porta alla formazione di un legame fosfodiestere che lega un nucleotide a un’altro. Nei sistemi viventi sono presenti due classi di acidi nucleici il DNA e l'RNA. IL DNA Il DNA è un biopolimero formato da nucleotidi. Ha una struttura geometrica complessa in quanto i due filamenti si legano tra di loro attraverso le basi azotate. I due filamenti si avvolgono uno sull’altro formando una doppia elica. La doppia elica presenta un anse maggiore e una minore. La prima donna che studiò la formazione della molecola del DNA con i suoi due filamenti fu Franklin, è una studiosa la quale riuscì a ottenere una foto di una lastra dove venivano indicati i due filamenti. Nel DNA si possono trovare quattro tipi di basi azotate: l’adenina (A), la citosina (C), la guanina (G) e la timina (T). I nucleotidi si legano tra loro a formare un filamento di DNA. Ciò che rende unico il DNA delle cellule di un organismo è la sequenza dei nucleotidi: i quattro nucleotidi si alternano o si ripetono in ordine non casuale. La sequenza del DNA viene schematizzata usando le iniziali delle basi azotate contenute nei nucleotidi. RNA L’RNA è una molecola polimerica implicata in vari ruoli biologici di codifica, decodifica, regolazione e l’espressione dei geni. L’RNA ha come zucchero il ribosio e le basi azotate sono adenina, citosina, guanina e l’uracile. Mentre il DNA ha una struttura a doppia elica caratterizzata da un legame a idrogeno che si avvolge su se stesso, l’RNA è costituito da un filamento singolo. Ci sono diversi tipi di RNA, tra cui: ● t-RNA, la “t” sta per trasporto/transfer ● e-RNA, la “e” sta per erisormiale ● m-RNA, la “m” sta per messaggero. Tutti e tre RNA svolgono un ruolo fondamentale nell'espressione dei caratteri ereditari. L’m-RNA è colui che trascrive il messaggio contenuto nel DNA e ha un filamento semplice. L’è-RNA è un singolo filamento che però si ripiega più volte che va a formare insieme a degli oligopeptidi delle strutture globulari chiamate ribosomi. Il t-RNA si occupa di trasportare ed è costituito da un unico filamento che può essere libero o può formare ripiegamenti insieme alle purine. Un ripiegamento tipico si chiama “struttura steno ansa". È un ripiegamento doppio che dà vita a una specie di trifoglio. Le due caratteristiche del t-RNA è il punto di attacco dove si lega l’amminoacido e l’anticodone. LA DUPLICAZIONE DEL DNA Quando una cellula si duplica, la molecola di DNA in essa contenuta deve essere replicata e suddivisa equamente tra le cellule figlie, in modo che l’informazione genetica venga trasmessa alla progenie. Tale processo prende il nome di replicazione del DNA, la cui azione è affidata a specifici enzimi che si uniscono a formare il complesso di replicazione. Il momento più lungo in cui la cellula svolge le sue funzioni viene denominata “G-1”. Successivamente avviene la fase “s”, ovvero la duplicazione del DNA. La fase G-2 è la fase in cui la cellula prepara tutte le funzioni che saranno poi fondamentali per la successiva divisione della cellula. La cellula in un intervallo di tempo è costituita da mitosi e citodieresi. La mitosi è la divisione del nucleo mentre la citodieresi è la divisione definitiva della cellula. Alcune cellule del corpo umano non passano dalla fase G1 alla fase G2 ma entrano da una fase G1 a una fase transitoria chiamata “fase G-zero” fino ad arrivare alla morte. Per esempio le cellule del sangue non si riprodurranno mai.