Ogni essere vivente è dotato di un programma genetico: un insieme di istruzioni che specificano le sue caratteristiche strutturali e funzionali. Le unità di base di questo programma sono i geni.

I geni sono ereditabili, vengono trasmessi di generazione in generazione attraverso i processi riproduttivi. I geni sono formati da lunghi filamenti di DNA, (acido deossiribonucleico) e sono organizzati in strutture dette cromosomi

Struttura del DNA Il DNA è un polimero lineare di nucleotidi Un nucleotide è una molecola formata da: 1. uno zucchero a 5 atomi di carbonio (deossiribosio) 2. una base azotata (adenina, timina, guanina, citosina) 3. un gruppo fosfato

1. Purine (adenina, guanina) 2. Pirimidine (citosina, timina) Le 4 basi azotate presenti nel DNA sono divise in 2 gruppi 1. Purine (adenina, guanina) 2. Pirimidine (citosina, timina)

Struttura tridimensionale del Dna è quella di una doppia elica formata da 2 filamenti di acido nucleico tenuti insieme da legami idrogeno

La distanza tra i 2 filamenti della doppia elica è costante. Perciò le basi che si fronteggiano su i due filamenti di DNA non possono essere entrambe purine (due anelli) o entrambe pirimidine (1 anello) Infatti l’appaiamento di 2 purine darebbe alla doppia elica lo “spessore” di 4 anelli, mentre l’appaiamento di 2 pirimidine darebbe lo spessore di 2 anelli. Invece devono sempre essere appaiate una pirimidina e una purina (spessore di 3 anelli).

Le basi di filamenti diversi che si trovano una di fronte all’altra nella doppia elica sono dette complementari. L’adenina (A) si appaia con la timina (T) mediante 2 legami idrogeno La guanina (G) si appaia con la citosina (C) mediante 3 legami idrogeno

La struttura del DNA può essere paragonata a quella di una scala a chiocciola in cui le ringhiere sono formate da gli zuccheri fosfati ed i pioli dalle basi che si appaiano. La distanza tra le coppie di basi è di 3,4 Å In ogni giro completo di elica sono contenute 10 paia di basi. I filamenti di DNA sono lunghi e possono contenere migliaia di nucleotidi combinati in un numero enorme di sequenze.

Ogni filamento di DNA ha 2 estremità, quella 3’ (tre primo) e quella 5’ (cinque primo). Perciò ogni filamento ha una sua polarità. I due filamenti sono disposti in modo tale che l’estremità 3’ di uno fronteggia quella 5’ dell’ altro, in una disposizione antiparallela (testa-coda). A causa della complementarietà delle basi la sequenza nucleotidica di un filamento determina in modo complementare la sequenza nucleotidica sul filamento opposto.

La duplicazione del DNA Il DNA, prima di essere trasmesso da una cellula alle cellule figlie, deve essere duplicato. Il processo di duplicazione del DNA è detto replicazione e si verifica prima che la cellula si divida.

La Replicazione La duplicazione del DNA richiede energia e coinvolge numerosi enzimi. La doppia elica di DNA viene srotolata dall’ enzima elicasi ed aperta nel punto detto forcina di replicazione. I 2 filamenti vengono così separati come nell’apertura di una chiusura lampo. Un enzima, la DNA polimerasi sintetizza un nuovo filamento usando come stampo il filamento originario (parentale o vecchio). Il filamento di nuova sintesi è complementare al suo stampo ed è quindi l’esatta copia del filamento allontanato durante l’apertura della doppia elica.

La DNA Polimerasi Aggiunge nuovi nucleotidi al filamento in crescita (funzione polimerasica) e rimuove quelli che dovessero essere inseriti erroneamente (funzione esonucleasica). Quando entrambi i filamenti parentali sono stati copiati le due molecole di DNA figlie possiedono ciascuna un filamento parentale (vecchio) ed un filamento di nuova sintesi. Si dice infatti che la replicazione del DNA è semi-conservativa.

I fatti: La sintesi del nuovo filamento procede sempre in direzione 5’3’. La velocità di duplicazione varia: 50 nucleotidi/sec (mammiferi) 500 nucleotidi/sec (procarioti) La duplicazione del DNA è estremamente precisa, per l’azione di riparazione della DNA polimerasi e di altri enzimi (nucleasi di riparazione) che possono togliere i nucleotidi sbagliati e sostituirli con quelli giusti.

Il processo di replicazione avviene con modalità diverse tra eucarioti e procarioti

Procarioti Eucarioti il cromosoma è circolare la replicazione comincia in un solo punto sul DNA circolare la duplicazione avviene nel citoplasma Eucarioti i cromosomi sono lineari e molto lunghi i cromosomi possiedono numerose origini di replicazione la duplicazione avviene nel nucleo

Rapporto tra Geni e Proteine Nei geni è contenuta l’informazione genetica (sequenza nucleotidica) necessaria a sintetizzare 3 classi di molecole di un altro acido nucleico (RNA). Il processo di sintesi dell’RNA si dice trascrizione. Una di queste tre classi di molecole di RNA (rRNA, tRNA, mRNA) viene usata come stampo per sintetizzare nuove proteine (traduzione).

Differenze RNA-DNA L’RNA contiene lo zucchero ribosio invece del deossiribosio (DNA) L’RNA contiene la base Uracile al posto della Timina (DNA) L’RNA ha struttura a singolo filamento ripiegato in steli ed anse (stem and loop) L’RNA è meno stabile del DNA

Le tre classi di RNA RNA messaggero (m-RNA) RNA ribosomiale (r-RNA) RNA transfer (t-RNA) m-RNA: la sua sequenza verrà tradotta in catene polipeptidiche r-RNA: corti filamenti di acido ribonucleico che si inseriscono con funzione strutturale nei ribosomi t-RNA: collaborano alla traduzione dell’m-RNA durante la sintesi proteica

t-RNA Il filamento di t-RNA si ripiega assumendo una forma a stelo ed ansa simile ad un trifoglio che si ripiega nello spazio a forma di L. I t-RNA collaborano alla traduzione del m-RNA portando ad una estremità un aminoacido per costruire la catena polipeptidica e all’altra estremità (*) una tripletta complementare a quella del filamento di m-RNA sul cui stampo si sta sintetizzando la proteina. *

La Trascrizione Ogni cellula duplica il DNA una sola volta ma lo trascrive, cioè lo copia in RNA, molte volte.

La Trascrizione negli Eucarioti La trascrizione del DNA in RNA avviene nel nucleo. Dopo la sintesi, t-RNA e m-RNA passano nel citoplasma. Dopo la sintesi, gli r-RNA vengono assemblati nei ribosomi all’interno del nucleo.

IL FLUSSO DELL’INFORMAZIONE GENICA È UNIDIREZIONALE Il flusso dell’informazione va dal DNA > RNA > proteine e mai in direzione opposta. La sequenza unidirezionale degli eventi di duplicazione > trascrizione > traduzione è un principio centrale della biologia molecolare. DNA RNA polipeptide

Fasi della trascrizione: il processo con cui l’informazione contenuta in un tratto di DNA viene trasferita (trascritta) in una molecola di RNA Fasi della trascrizione: 1. Inizia con la separazione dei 2 filamenti di DNA nel punto in cui inizia la sequenza che deve essere trascritta. 2. L’enzima RNA polimerasi si lega ad una specifica sequenza di DNA (promotore) per iniziare la trascrizione e aggiunge nuovi nucleotidi al filamento in crescita. 3. La trascrizione termina quando la RNA polimerasi giunge in corrispondenza di una sequenza di DNA detta segnale di terminazione. 4. Il filamento di nuova sintesi (RNA) è complementare al suo stampo ed è quindi la esatta copia del filamento di DNA opposto a quello che serve da stampo

tra Procarioti ed Eucarioti Trascrizione: differenze tra Procarioti ed Eucarioti

Procarioti la trascrizione avviene nel citoplasma l’m-RNA prodotto può essere immediatamente tradotto in proteina

Eucarioti la trascrizione ha luogo nel nucleo l’RNA viene modificato (maturato) prima di uscire dal nucleo quasi tutti i geni degli eucarioti sono interrotti

Nei geni degli eucarioti la sequenza codificante è interrotta da sequenze non codificanti (introni) che vengono trascritte in RNA ma che verranno poi eliminate (splicing) e non tradotte in proteine Le sequenze tradotte sono dette esoni (E) saranno saldati tra loro a formare l’RNA maturo Le sequenze non tradotte sono dette introni (I) e verranno eliminate in un processo detto splicing. gene degli eucarioti E1 E2 E3 E4 E5 I I I I trascrizione e splicing I + E1 E2 E3 E4 E5 I I I mRNA maturo introni eliminati

Possiamo immaginare il gene eucariotico come una frase in cui alcune parole sono inframmezzate da altre incomprensibili. La seguente sequenza di DNA: CHE WXZWYUWX BELLA WSWXUKHW GIORNATA viene trascritta in una sequenza di mRNA immaturo: che dopo splicing diventa mRNA maturo: CHE BELLA GIORNATA e viene poi tradotto in proteina (in inglese): WHAT A NICE DAY

Confronto tra duplicazione (replicazione) Specchietto di comparazione duplicazione trascrizione Confronto tra duplicazione (replicazione) e trascrizione Si