La ricerca del materiale genetico All’inizio del Novecento fu dimostrato che i cromosomi sono i portatori dell’informazione genetica. Cromosomi : proteine e ACIDI NUCLEICI In un primo momento gli scienziati propendevano per le proteine come materiale genetico: Le proteine erano molto abbondanti nelle cellule e costituite da 20 amminoacidi diversi Il DNA è costituito da quattro diversi nucleotidi ed era ritenuto una molecola troppo semplice ed inadatta a contenere le informazioni ereditarie A partire dalla fine degli anni venti del Novecento una serie di esperimenti condussero alla definitiva identificazione del DNA quale materiale genetico

Esperimento di Griffith (1928) su Streptococcus pneumoniae o pneumococco Fotografia al microscopio elettronico che mostra singoli batteri Esistono diverse variante del ceppo S (IIS e IIIS) che presentano rispettivamente un involucro di tipo II e III. Se una cellula del tipo IIS muta in una cellula di tipo R, quest’ultima può retromutare solo nel tipo IIS. Colonie di batteri del ceppo S (liscio e virulento) Colonie di batteri del ceppo R (rugoso e non virulento)

Esperimento di Griffith

Griffith concluse che alcuni batteri di tipo IIR si erano TRASFORMATI in batteri lisci e virulenti: era avvenuto attraverso il meccanismo della trasformazione uno scambio di materiale genetico tra i due ceppi. Lo scienziato non disponeva di evidenze sperimentali che dimostrassero la natura del materiale ereditario: Griffith definì questo agente il principio trasformante.

Identificazione del “principio trasformante”: esperimento di Avery, MacLeod e McCarty (1944) Il DNA estratto da cellule S uccise con il calore può trasformare alcune cellule R vive in cellule S. Sono presenti piccole tracce di proteine ed RNA.

Gli esperimenti con i batteriofagi di Hershey e Chase (1953) Il DNA contiene fosforo ma non zolfo, le proteine contengono zolfo ma non fosforo.

L’esperimento che dimostrò che il DNA è il materiale genetico di T2

La composizione del DNA e dell’RNA Il DNA e l’RNA sono costituiti da nucleotidi. Ogni nucleotide è costituito da un pentoso, da una base azotata e da un gruppo fosfato. ZUCCHERI PENTOSI

BASI AZOTATE

La doppia elica del DNA Jim Watson Jim Watson e Francis Crick nel 1953 Rosalind Franklin Francis Crick

Rapporti quantitativi fra le basi del DNA (Chargaff) La quantità di ADENINA è sempre uguale alla quantità di TIMINA; la quantità di CITOSINA è sempre uguale alla quantità di GUANINA.

Si stabilì che la molecola del DNA ha una struttura ad elica Analisi del DNA mediante diffrazione ai raggi X (Rosalind Franklin e Maurice Wilkins) Si stabilì che la molecola del DNA ha una struttura ad elica 16

MODELLO DI WATSON E CRICK La molecola del DNA consiste di due catene polinucleotidiche avvolte l’una intorno all’altra a formare una DOPPIA ELICA destrorsa. Le due catene sono antiparallele, cioè i filamenti hanno polarità opposta, sono orientati in direzioni opposte. Gli scheletri zucchero-fosfato si trovano all’esterno della doppia elica, mentre le basi sono orientate verso l’asse centrale ed hanno una struttura piatta disposta perpendicolarmente all’asse dell’elica. Le basi dei filamenti opposti sono unite da legami idrogeno: A con T; C con G. Un giro completo dell’elica richiede 3,4 nm; ci sono 10 nucleotidi per ogni giro d’elica. Il diametro dell’elica è di 2 nm A causa del tipo di legame che unisce le basi, le impalcature zucchero-fosfato della doppia elica non presentano sempre uguale distanza lungo l’asse dell’elica stessa. Questa spaziatura ineguale si traduce nella formazione di solchi di diverse dimensioni lungo l’asse del DNA; nello specifico si possono distinguere un solco maggiore ed un solco minore

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Peter J Russell, Genetica © 2010 Pearson Italia S.p.A DNA, appaiamento fra le basi: T-C, A-G Peter J Russell, Genetica © 2010 Pearson Italia S.p.A Figura 2.12 19