LA CELLULA PERSEGUE DUE OBIETTIVI FONDAMENTALI: la crescita cellulare il differenziamento cellulare In un contesto cellulare sociale, quale il tessuto e/o l’organo, i meccanismi responsabili della crescita e del differenziamento cellulare devono essere tra loro integrati e finemente regolati (omeostasi cellulare). I programmi di crescita e differenziamento cellulare sono geneticamente determinati.

OH O CH 2 Sugar H H H A Nucleoside(-tide) OH NH 2 N N N N Base P O OH HO O Phosphate 2’3’ 4’ 5’ 1’ Nucleotide Nucleoside H+H+ - 2-DeossiribosioRibosio Legame N-  glicosilico

Acidi Nucleici Gli Acidi Nucleici sono le macromolecole depositarie dell’informazione genetica. Due Tipi di Acidi Nucleici DNA → polimero di desossiribonucleotidi RNA → polimero di ribonucleotidi I Nucleotidi sono le subunità degli Acidi Nucleici

Il DNA è un polimero di desossiribonucleotidi

ribonucleotidi Il RNA è un polimero di ribonucleotidi

+ 5’ to 3’ polimerizzazione dei NTPs Legame fosfodiestere dNMP

Acidi Nucleici Gli Acidi Nucleici sono -polimeri di nucleotidi -legati tra loro da legami fosfodiesteri - tra i C 5’ e 3’

DNA Timina RNA Uracile Timina: Metile Si è ipotizzato che il metile della timina impedirebbe al DNA di uscire come invece succede all’RNA messaggero.

Terminale 3’ sempre -OH libero Terminale 5’ sempre fosfato libero

Streptococco pneumonie Lisci: batteri con capsula Ruvidi: batteri senza capsula

STRUTTURA DEL DNA

ERWIN CHARGAFF

Regola di Chargaff Struttura del DNA

A G C T A/T G/CA+T/G+C Man Sheep Yeast E.coli Clostridium

La composizione in basi del DNA varia da una specie all’altra Le molecole di DNA isolate da tessuti diversi della stessa specie hanno la stessa composizione La composizione in basi del DNA di una data specie NON si modifica con l’età dell’organismo, con lo stato nutrizionale o in seguito di variazioni ambientali In tutte le molecole di DNA, - il numero di residui di Adenina é UGUALE al numero di residui di Timina - il numero di residui di Guanina é UGUALE al numero di residui di citosina Regole di Chargaff

A G C T A/T G/CA+T/G+C Man Sheep Yeast E.coli Clostridium

Il DNA di un organismo contiene il 31% di G calcolare le concentrazioni delle 4 basi A = _______ G=__________C=__________ T=_________ 31%

Rosalind Franklin MAURICE WILKINS 1 X-ray diffraction of DNA crystals

Il DNA è un elica di forma regolare Giro completo ogni 36Å Distanza fra due nucleotidi 3,4Å Franklin e Wilkins 1950 Cristalli di DNA analizzati mediante Diffrazione dei raggi X

Crick Watson

WATSON CRICK

Il DNA è costituito da due eliche avvolte intorno allo stesso asse per formare un’elica destrorsa Lo scheletro idrofilico, composto da un’alternanza di deossiribosio e gruppi fosforici, è all’esterno della doppia elica Le basi azotate sono impilate all’interno della doppia elica con le loro strutture planari ad anello poste in posizione perpendicolare all’asse longitudinale della molecola La relazione spaziale che si crea tra le catene genera una scanalatura maggiore e una minore Watson e Crick 1953 Modello tridimensionale

Ogni base di una catena è appaiata sullo stesso piano con una base dell’altra catena L’Adenina è sempre legata alla Timina mediante due legami idrogeno La Guanina è sempre legata alla Citosina mediante tre legami idrogeno Le due catene dell’elica sono antiparallele e complementari Watson e Crick 1953 Modello tridimensionale

Crick Watson Wilkins Nobel Prize 1962

At 37 Rosalind Franklin died - April 16, 1958

L’energia di un singolo legame a –H è circa 4 Kcal/mol, quantità di energia molto bassa ma la somma di tutti i legami a –H stabilizzano la molecola.

Struttura del DNA

Il DNA è costituito da: - due polimeri, di desossi-ribonucleotidi avvolti ad elica destrorsa, - antiparalleli - appaiati tra loro in modo complementare In natura, i due polimeri hanno struttura secondaria ad elica destrorsa (B-DNA)

7 Appaiamento tra le basi G  C 3 Hydrogen Bonds A=T 2 Hydrogen Bonds

A : elica destrorsa, corta, spessa, 2.3 Å, 11 bp per giro (soluzioni povere d’acqua) B : elica destrorsa, lunga, sottile, 3.4 Å, 10 bp per giro Z : elica sinistrorsa, lunga, sottile, 3.8 Å, 12 bp per giro (particolari sequenze del DNA) Confronto fra le forme A, B e Z del DNA

Strutture possibili del DNA

Scoperta da Alex Rich Si trova in regioni ricche di appaiamenti G:C del DNA G si dispone in conformazione sin C rimane in conformazione anti ma tutti il nucleoside C (base e zucchero) ruota di 180° Il risultato é che il legame-H fra G:C può essere mantenuto solo mediante una transizione dalla forma B alla forma Z Forma Z

Conformazione destrorse A e B Conformazione sinistrorsa Z

STRUTTURE SECONDARIE INSOLITE DEL DNA

DNA a forcina e DNA cruciforme

Triple eliche e DNA H

DNA circolare

Superavvolgimento del DNA

Strutture possibili del DNA

3’ end 5’end 3’ end

RNA (Ribo-NucleicAcid) RNA was one of the first molecules for med in the primordial soup. It is a nucleic acid comprised of many nucleotides. Each nucleotide consists of 3 elements: - Sugar - ribose (with 2’ hydroxyl) -- a nitrogenous base - one or more phosphates RNA contains uracil (U) instead of thymidine (T). It is less stable than DNA. There are 3 types of RNA, each with a unique function: mRNA (messenger) tRNA (transfer) rRNA (ribosomal) RNA can function as catalytic enzymes (ribozimi)

Gli RNA sono costituiti da un singolo polimero di ribonucleotidi 5’ end 3’ end

Struttura del RNA Per l’intrinseca capacità delle basi di formare legami H + con basi complementari, in natura, i singoli polimeri ribonucleici assumono strutture secondarie a doppia elica rRNA 28S tRNA

Differenze tra DNA e RNA PARAMETERDNARNA DeoxyriboseRibose A, C, G and thymidine A, C, G and uracil Number of Strands Usually double- stranded Usually single- stranded Localizationin cell In the nucleusAll over thecell StabilityStableUnstable(because of the 2‘OH) Length of Molecule Millionsof nucleotides Usually short several hundreds or thousands Zucchero Nucleotidi

Sintesi RNA TRASCRIZIONE Sintesi delle proteine TRADUZIONE Sintesi del DNA REPLICAZIONE

DNA RNAProteine Crick’s Central Dogma

Proteina N-ter C-ter La relazione tra acidi nucleici ed informazione genetica è sintetizzata dal dogma centrale della biologia Un gene una proteina (le eccezioni confermano la regola) trascrizione traduzione RNA 5’ 3’ AGCU DNA 5’ 3’ 5’ 3’ AGCT TCGA

DNAIl DNA è la molecola che consente il trasferimento dell’informazione genetica da una cellula alle cellule figlie, da una generazione alla successiva e nella popolazione RNAIl RNA è la molecola che trasferisce, all’interno della cellula, l’informazione genetica all’apparato che converte questa in proteine, le vere molecole effettrici dei caratteri fenotipici.