Want to make creations as awesome as this one?

Transcript

Struttura del DNA

Grazie alla cristallografia a raggi X nei primi anni 50 Rosalind franklin sondò il DNA per capire come erano disposti gli atomi, rimanendo pultroppo... secca

Composizione chimica DNA

Nel 1950 il chimoco Erwin Chargaff riscontrò dei componenti costanti nella composizione chimica

Tempo dopo Watson e Crick unirono le tessere del puzle

Le caratteristiche strutturali della catena di DNA

Il DNA è formato a doppia elica: lo possiamo immaginare come una scala a chiacciola che ha le rignhiere formate da zuccheri e gruppi fosfati alternati e gli scalini formati dai legami ad idrogeno tra le basi

I legami ad H hanno stessa lunghezza e la scala ha un diametro costante in oltre compie un giro completo ogni 10 basi perchè i legami sono ruotati tra loro di 36*

La catena polipeptidica è formata da nucleotidi Questi sono tenuti insieme da i legami che il gruppo fosfato (in figura in giallo) fà col carbonio 5' del desossiribosio (in blu) e con l'ossigeno legato al carbonio 3' del desossiribosio precedente (cerchiati in rosso) lo zucchero ed il gruppo fosfato formano l'ossatura della molecola I legami avvengono grazie alla condensazione dei gruppi ossidrili del desossiribosio e del gruppo fosfato (evidenziati in verde)

Le due catene sono complementari perchè le basi azotate si legano ai loro corrispondenti tramite legami ad idrogeno (deboli) (in figura segnati in rosso) che si rivolgono verso il centro la adenina forma 2 legami con la timina e la guanina 3 legami con la citosina questo è lo standard universale per tutte le molecole di DNA e prende il nome di COMPLEMENTARIETA' DELLE BASI

Le 2 catene oltre ad essere complementari sono però anche ANTIPARALLELE ovvero orientate in direzioni opposte. Infatti le estremità libere (non legate ad un altro nucleotide) del carbonio 5' e 3' sono orientate in un filamento 3-5 e nell'altro 5-3

Le funsioni della molecola di DNA

Nel modello erano descritte le 2 funsioni principali del DNA

Deposito informazioni genetiche

Può replicarsi nella fase S del ciclo cellulare

Può replicarsi

Scoperta

il biochimico Arthur Kornberg fù il primo a dimostrare che il DNA era sintetizabile in una provetta con 3 tipi di sostanze

L'esperimento però non dimostrava il "come" il DNA si replicasse

"SI PUò FAAAAREEE

"SI ma... come?

desossiribonucleosidi trifosfati (con 3 gruppi fosfati e non 1) contenenti una base azotata (A, G, T, C) attaccata allo zucchero

Enzima DNA polimerasi (fà parte del complesso di duplicazione)

un DNA stampo

Può replicarsi

i 3 modelli

c'erano 3 modi teorizati in cui il DNA si poteva duplicare

  • conservativo
  • semiconservativo
  • dispersivo

La replicazione del DNA

procediamowe're go!

Ingredienti:

desossiribonucleosidi trifosfati (con 3 gruppi fosfati e non 1) contenenti una base azotata (A, G, T, C) attaccata allo zucchero

un DNA stampo

primer di RNA (innesco)

Despiralizazione e appaiamento per complementarietà

La DNA topoisomerasi fanno rilassare la molecola e la denaturalizzano, quindi la "sciolgono"

I due filamenti di DNA vengono separati dalla DNA elicasi

Le SSB li mantengono separati

La primasi sintetizza il primer: Un breve filamento di RNA che avvia la sintetizzazione del nuovo filamento di DNA e che poi viene rimosso e sostituito con il nuovo filamento di DNA

Filamento veloce filamento lento

il "filamento veloce" ha bisogno di un solo primer e con quello inizia e finisce la trascrizione: questo perchè le estremità 3' si trovano in direzione dell'apertura

la direzione è "sbagliata" perché se la forcella si apre verso destra la DNA polimerasi sintetizza verso sinistra; per arginare il problema più polimerasi sintetizzano pezzettini discontinui di DNA (chiamati frammenti di ocazachi, dallo scienziato che li scoprì) che si alternano con i pezzettini (in verde) di RNA

Sostituzione dei primer

certo il DNA non può restare con un DNA frammentato ed alternato da RNA: và SOSTITUITO

E' anche detta da qualcuno proteina "cipster"

anche detta da qualcuno proteina "cetriolo"

Le forcelle di replicazione

Le forcelle di replicazione sono quelle zone del DNA che si svolgono, esponendo le basi azotate, e si allargano in senzo circolare in entrambe le direzioni, man mano che il comlesso di replicazione, a partire dal punto d'origine (ori) lavora e replica.

Le cellule non possono replicarsi per sempre

Quando la DNA polimerasi 1 sostituisce al filamento lento l'ultimo pezzettino di rna, quello che si trova alla fine del filamento NON PUò PIù SINTETIZZARNE ALTRO, questo perchè l'estremità libera di DNA alla fine non sarà 3' (eh troppo facile sennò) bensì 5', avremmo quindi un filamento stampo "di troppo"

avvicinati

abbiamo però proprio in questa estremità "in più" una serie di sequenze che "non ci servono" e che quando arriva il momento possono essere tagliate

telomero

alcune cellulari, contenute ad esempio nel midollo osseo si chiamano "staminali"

La replicazione fà errori

La dna polimerasi è Sì molto precisa ma è anch'essa imperfetta e quindi a volte fà errori: per corregerli la cellula ha vari sistemi

Dai geni alle proteine

La scoperta

"Come avvengono le mutazioni genetiche?" 2 scenziati, Beadle e Tatum, fecero un...

Exsperimentoooooo

Un gene un enzimaaa!

i due capirono che ogni gene del DNA sintetizzava un enzima che poi serviva per l'organismo, i raggi X mandavano a quel paese il gene interessato della produzione di tale enzima

Poi la definizione ebbe delle specificazioni: ad oggi infatti sappiamo che un gene sintetizza solo UNA catena polipeptidica e gli enzimi, o le proteine, possono avere diverse catene polipeptidiche

Un gene esprime un polipeptide

Come?

Bene bello bravi ma... come avviene il passaggio tra gene e proteina? La biologia deve rispondere proprio a questa domanda perchè è il principio che infondo regola l'esistenza della vita!

"SI PUò FAAAAREEE

"SI ma... come?

Ecco che ci viene in aiuto dinuovo il nostro eroe: Francis CriK!

scansati superman!

La trascrizione

Crick ipotizzò che nel nucleo si sintetizzasse, per copia complemantare del DNA, un RNA e che fungesse da "messaggero" spostandosi nel citosol e a livello dei ribosomi e arrivatoci fungesse da stampo per la produzione delle proteine

La trascrizione è suddivisa in 3 fasi: inizio, allungamento, terminazione

Iniziamo

fase di terminazione

Il codice genetico

La sequenza di nucleotidi che compone l’RNA (e quindi il gene) contiene le informazioni necessarie a reclutare e mettere in ordine gli amminoacidi per i polipeptidi: è il linguaggio del codice genetico

ogni codone specifica un amminoacido

Il codice genetico è ridondante

il codice genetico è universale

Il tRNA

Per spiegare in che modo una sequenza di DNA si trasforma nella sequenza di amminoacidi di un polipeptide, Crick ipotizzò l’ipotesi dell’adattatore: una molecola capace di legarsi in modo specifico a un amminoacido e di riconoscere una sequenza di nucleotidi: IL tRNA

Le funsioni del tRNA

la confugurazione è esattamente come l'aveva immaginata crick: con 2 siti attivi: uno per associarsi col codone complementare, l'altro (il sito di attacco) sull'estremità 3' per caricarsi dell'amminoacido contiene fra 70-80 nucleotidi

LA TRASCRIZIONE

Informazioni supplementari

Quando una proteina si stà formano la secuenza di amminoacidi di cui è composta dà 4 informazioni

Ci possono appunto essere delle specifiche sequenze che fungono da "etichette segnale" che direzionano fuori o all'interno del nucleo la cellula

eh si tipo queste

"bene la tua traduzione è finita sganciati e posizionati in un organulo"

"assumi questa forma tridimenzionale per poter interaggire con altre molecole"

"interrompi la traduzione e spostati nel reticolo endoplasmatico ruvido per essere modificata"

"..."

l'importanza di queste "etichette" è evidente nella mucolipidosi di tipo 2 una malattia genetica rara che causa la morte in tenera età

chi ha questa malattia è sprovvisto di determinate etichette degli enzimi che servono nelle vescicole dei lisosomi, senza questi gli enzimi non verranno mai recapitati nei lisosomi

Le mutazioni sono cambiamenti del DNA

In qualsiasi cellula del corpo durante il ciclo cellulare nel replicarsi il DNA può subbire degli errori e MUTARE

tipi di malattie genetiche (non tutte si ereditano)

effetti delle mutazioni genetiche (non tutte si vedono)

mutazioni condizionali

Tre categorie di mutazioni

mutazioni puntiformi riguardano solo la variazione di basi nucleotidiche

le mutazioni cromosomiche riguardano i cromosomi

malattie cariotipiche

La composizione delle molecole di DNA non è influenzata da fattori esterni o dall'età dell'organismo

Nei quattro tipi di tessuti del corpo umano di un individuo, ed in quelli di qualsiasi essere vivente, le percentuali di A C T e G sono sempre le stesse

Le cause possono essere naturali o indotte

Cause naturali possono essere duplicazioni errate del DNA nella mitosi

Cause indotte spesso sono fattori esterni come Raggi X, radiazioni nucleari, e contatto a sostanze chimiche

ci sono 2 tipi di malattie genetiche: somatiche e germinali

le malattie delle cellule del soma (corpo) vengono ereditate nella replicazione e vengono trasmesse alle cellule discendenti *ma nello stesso organismo*

le malattie germinali riguardano cellule della produzione di ovaie e spermatozoi e quando avviene la fecondazione trasmettono il difetto all nuovo organismo

L'etichetta in questione può direzzionare la proteina in diversi compartimenti cellulari ed organuli

In tal caso

Nelle cellule NON staminali ogni replicazione PERDIAMO un pezzo "inutile" di DNA quando però questo strato "protettivo" finisce le basi azotate del DNA non sono più in grado di partecipare alla sintesi

Toh Ecco perchè invecchiamo

Grazie alla complementarietà delle basi azotate, ed alla debolezza dei legami ad idrogeno, i 2 filamenti possono essere staccati ed utilizati come stampo in seguito per produrre un altro filamento di DNA identico

Alcune mutazioni si manifestano nel fenotipo SOLO in determinate condizioni dette RESTRITTIVE, ad esempio molte mutazioni riguardanti i pelo degli animali si manifestano solo in zone in cui il calore corporeo è più alto o più basso

La riparazione delle anomalie di appaiamento avviene subito dopo la replicazione del DNA. Quindi passa la DNA Polimerasi I

La polimerasi si accorge degli errori perchè le basi azotate subbiscono delle variazioni chimiche Tasso di errore una base ogni 10.000.000.000

Con il suo linguaggio: la sequenza lineare di basi azzotate, il DNA può accumulare una grandissima quantità di informazioni responsabili delle differenze tra i regni degli esseri viventi

Si socprì che il DNA era a forma di elica

Complesso di replicazione complesso proteico che catalizza le reazioni necessarie alla replicazione.

  • Topoisomerasi: consentono il rilassamento e quindi lo srotolamento della molecola di DNA
  • DNA elicasi rompe i legami deboli ad idrogeno tra le basi azotate per separare i 2 filamenti
  • SSB: si legano ai filamenti staccati per impedire che si riassociino
  • DNA polimerasi: fà in modo che i nucleotidi con le basi complementari appaiate con il filamento stampo si legano tra loro

la correzione di bozze avviene mentre il DNA passa per il complesso di replicazione

tasso di errore 1 base ogni 10.000

Gli effetti delle mutazioni

Una mutazione silente non ha effetto nel fenotipo, (sul corpo dell'individuo) in pratica il genotipo (la sequenza dei nucleotidi del DNA) è mutata ma magari è una sequenza che non codifica una proteina o magari è sostituibile da un altra sequenza (il codice genetico è RIDONDANTE)

in questo caso la proteina perde la sua funzione e non è più utile nell organismo. Ma tranquilli spesso questo tipo di allele è RECESSIVO perchè l'altro allele naturale riesce a sintetizzare abbastanza proteine sane per rimpiazzare l'altro

In questo caso la funzione della proteina è CAMBIATA. Questo tipo di allele mutato non dà spazio all'altro allele (i geni noi ce li abbiamo in coppie eh) e quindi è generalmente DOMINANTE (non c'è scampo)

in altri compartimenti per ulteriori modifiche

Recettore sulla mambrana del RER

la sequenza amminoacida, dopo il passaggio nel RER si lega ad organuli come l'apparato di Golgi

Alcune cellule del corpo "staminali" riescono a conservare il DNA telomerico in queste esiste un enzima "telomerasi" che aggiunge la sequenza eventualmente persa perchè contengono un RNA stampo per la sintesi telomerica

L'etichette è assente e la proteina resta nella sua destinazione di "default" ovvero la parte del citoplasma nella quale è stata sintetizzata

Il rapporto percentuale delle 2 purine A e G varia da una specie all'altra

B: ...e si riuniscono scambiandosi i geni tagliatiD: non è uìguale alla duplicazione e delezione perchè là i cromosomi sono omologhi mentre nella D non sono omologhi

I due genetisti e biologhi ebbero l'idea di rendere più semplice la truttura del DNA rappresentandola in un modello tridimensionale unendo tutto ciò che era stato appurato fino ad allora

FIno ad oggi il loro modello è rimmasto valido

le malattie puntiformi sono il risultato della perdita di una base nucelotidica del DNA o della sua sostituzione.

nel caso invece di una malattia fenotipicamente evidente la sequenza che viene mutata non produce lo stesso aminoacido

con la mutazione la sequenza è cambiata, ma l'amminoacido sintetizzato è quello giusto: questo perchè le 2 sequenze, naturalmente, codificano per lo stesso amminoacido (ricordiamo che il DNA è RIDONDANTE)

nelle mutazioni NON-senzo la base sostituita crea la sequenza del cotone di STOP che blocca la proteina da sintetizzare rendendola inattiva (da buttare)

nella mutazione per scorrimento di finestra di lettura gli amminoacidi a mutarsi sono di più in fatti nel DNA si inserisce una base in più o in meno e perciò la lettura dei codoni successivi nel ribosoma sarà tutta scalata di una base in più o in meno

Alcune sequenze del Promotore sono riconoscibili da ogni fattore di trascrizione, altre sequenze invece sono riconosciute solo da fattori conosciuti in determinati tessuti

Per iniziare ci vuole un promotore

I promotori sono importanti sequenze di basi di controllo, alle quali si lega molto bene la RNA polimerasi, e che indicano al complesso di trascrizione in quale direzione procedere, da dove far partire la trascrizione e quale filamento trascrivere

ogni promotore ha una sequenza di riconoscimento (riconosciuta appunto dall RNA polimerasi) ed un importate sequenza chiamata TATA BOX dalla quale il DNA inizia a denaturarsi per esporre il filamento stampo.

in realtà negli ucarioti c'è un procesos in più: per permettere alla RNA polimerasi di agire sul DNA e trascriverlo ha bisogno di determinati enzimi che una volta associati al TATA box modificano la propria forma e quella del DNA, solo dopo la polimerasi può legarsi

La prima cosa da sapere è che di ogni gene (evidenziato in giallo, blu, verde) un solo filamento viene preso ma non appartenente allo stesso filamento della molecola

il filamento che per un gene può essere stampo può non esserlo per un altro

Le caratteristiche della DNA polimerasi

Struttura

Funsione

Ha la forma di una mano semi aperta dentro la quale scorre il lungo e stretto DNA. Al palmo c'è il sito attivo e le 4 dita sono fatte per riconoscere le differenti 4 basi azotate

-sono in grado di allungare un filamento polinucleotidico legando in modo covalente nucleotidi a quelli complementari sul filamento stampo -non sono in grado di farlo senza un primer (innesco) - lavorano in una sola direzione quindi dall'estremità 3' all'estremità 5' - in effetti la sintesi del filamento che ha l'estremità libera 3' in direzione della forcella di replicazione (...) è più veloce mentre quella che ha 3' in direzione opposta si chiama appunto "filamento lento"

La riparazione per escisione avviene durante la vita della cellula, infatti può sempre succedere che si danneggi per radiazioni o contatto a determinate sostanze chimiche (tipo lo smog), ma determinati enzimi lo controllano assiduamente

Gli enzimi si accorgono dei danni perchè il gene dannegiato perde la funzione e "pende" fuori dal DNA

In tutti gli esseri viventi la quantità di purine (A,G)è uguale a quella delle pirimidine (T,C)

l'esperimento prevedeva l'utilizzo dell' isotopo dell'azzoto N15 più pesante dell'azoto stesso (si intende il suo isotopo più comune N14)

Gli scenziati fecero crescere dei patteri su un substrato N15 quindi il Dna loro era "pesante" poi li trasferirono su di un substrato n 14 e si ottennerdo dei batteri aventi un DNA "intermedio" in quanto peso

L'unico modello in grado di spiegare questo fenomeno era il semi-conservativo

Batterio con due filamenti contenenti solo N15

Batterio con 2 filamenti di DNA contenenti l'uno N14 e l'altro N15

Presero una Neurospora e la misero su di un terreno di cultura minimo sul quale potesse svilupparsi.

Il secondo passo fù interferire con i suoi geni grazie ai raggi X

La spora non è più in grado di crescere se non in un terreno di cultura minimo dove era stato pozizionato uno specifico enzima

La RNA polimerasi non ha bisogno di un primer, apre il DNA e legge il filamento stampo in direzione 3'→5'. Ma aggiunge i nuovi nucleotidi all’estremità 3' quindi il nuovo RNA si allunga partendo dalla prima base 5'verso l’estremità 3'; di conseguenza l’RNA trascritto è antiparallelo al filamento stampo del DNA.

Le malattie del cariotipo sono malattie genetiche che hanno cromosomi in più o in meno si chiama aneuplodiaSe sono presenti corredi cromosomici in più o in meno si parla di aneuplodia abberrante

Le malattie più frequenti sono la mancanza di un cromosoma omologo nel corredo

meno raro è se capita di mancare un intera coppia di omologhi

Sottotitolo

E' dalla sequenza da cui è composta che deriva il ripiegamento della molecola proteica via via che si sintetizza

nel 1958 enunciò quello che (molto umilmente) lui stesso definì il dogma centrale della biologia

il gene è un tratto di DNA contenente informazioni per la produzione di un polipeptide, la catena non ha altre info per produrre altre proteine

in che modo l'informazione passa dal nucleo al citoplasma

in che rapporto stà una sequenza nucleotidica ad una sequenza aminoacidica? (oppure) come fà una sequenza nucleotidica a determinare una sequenza aminoacidizca?

Analogamente al sito di inizio, sul filamento stampo del DNA ci sono particolari sequenze di basi che ne stabili- scono la terminazione (terzo stadio della trascrizione).

Il messaggio che L'RNAm porta può essere visto come un testo in cui le parole sono composte da 3 lettere: i "codoni" complementari a quelli del DNA

Il codice genetico "dice" quali sequenze indicano QUEL amminoacido

in oltre abbiamo anche 1 codone che fà da segnale di inizio per la traduzione delle proteine e 3 che la interrompono

Con 4 lettere e 3 posti possono crearsi molte più combinazioni (64) rispetto ai soli 20 amminoacidi che si sintetizzano

infatti a quasi tutti gli amminoacidi corrispondono più codoni: si dice che il codice genetico è "ridondante" un solo amminoacido può essere sintetizzato da più codoni

tipo quando una persone è PETULANTE

il codice è quasi universale, cioè nella maggior parte delle specie un codone specifica sempre lo stesso amminoacido. Quindi il codice deve essersi affermato in tempi remoti e da allora si è conservato immutato du- rante tutta l’evoluzione.

Si conoscono solo poche eccezioni che ad ogni modo sono minimali

la tRNA ha il compito di associare l'info contenuta dei codoni del mRNA con specifici amminoacidi, ogni amminoacido abbiamo uno specifico tRNA

Per farlo la molecola ha 3 funzioni

si carica di un amminoacido grazie un enzima attivante specifico chiamato amminoacil-tRNA-sintetasi

si associa alle molecole di mRNA

interaggisce coi ribosomi

esattamente a metà della molecola c'è un sito chiamato "anticodone" che costituisce il sito di appaiamento al codone complementare da "tradurre"

nell'estremità finale 3' della molecola vi è un sito di attacco per l'amminoacido dove quest'ultimo vi si attaccherà secondo legami covalenti; in oltre il legame sarà ricco di energia che servirà in seguitò per legare tutti gli amminoacidi in un unica catena

la configurazione tridimensionale della molecola è mantenuta da legami ad idrogeno tra tratti di basi nucleotidiche complementari

CODONE

ANTI-CODONE

SITO DI ATTACCO

AMMINOACIDO

TIPO COSì