STRUTTURA E REPLICAZIONE DEL MATERIALE GENETICO CAPITOLO 4 STRUTTURA E REPLICAZIONE DEL MATERIALE GENETICO LIGUORI EDITORE

Questa opera è protetta dalla Legge sul diritto d’autore (Legge n http://www.giustizia.it/cassazione/leggi/l633_41.html). Tutti i diritti, in particolare quelli relativi alla traduzione, alla citazione, alla riproduzione in qualsiasi forma, all’uso delle illustrazioni, delle tabelle e del materiale software a corredo, alla trasmissione radiofonica o televisiva, alla registrazione analogica o digitale, alla pubblicazione e diffusione attraverso la rete Internet sono riservati, anche nel caso di utilizzo parziale. La riproduzione di questa opera, anche se parziale o in copia digitale, è ammessa solo ed esclusivamente nei limiti stabiliti dalla Legge ed è soggetta all’autorizzazione scritta dell’Editore. La violazione delle norme comporta le sanzioni previste dalla legge. Il regolamento per l’uso dei contenuti e dei servizi presenti sul sito della Casa Editrice Liguori è disponibile al seguente indirizzo: http://www.liguori.it/politiche_contatti/default.asp?c=legal L’utilizzo in questa pubblicazione di denominazioni generiche, nomi commerciali e marchi registrati, anche se non specificamente identificati, non implica che tali denominazioni o marchi non siano protetti dalle relative leggi o regolamenti. Liguori Editore - I 80123 Napoli http://www.liguori.it/ © 2008 by Liguori Editore, S.r.l. Tutti i diritti sono riservati Prima edizione italiana Settembre 2008 Barcaccia, Gianni : Genetica e genomica. Vol. I. Genetica generale/Gianni Barcaccia, Mario Falcinelli Napoli : Liguori, 2008 ISBN-13 978 - 88 – 207 – 4449 - 6 1. DNA ed ereditarietà 2. Mappe genetiche I. Titolo Aggiornamenti 18 17 16 15 14 13 12 11 10 09 08 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0

4.2 SCOPERTA DELLA TRASFORMAZIONE BATTERICA: ESPERIMENTI DI GRIFFITH Figura 4.1 Esperimenti di Griffith sulla trasformazione batterica (da: R.J. Brooker 1999, modificata).

4.3 NATURA DEL PRINCIPIO TRASFORMANTE: ESPERIMENTI DI AVERY, MACLEOD E MCCARTY Figura 4.2 Protocollo sperimentale seguito da Avery, MacLeod e McCarty per identificare il principio trasformante.

4.3 NATURA DEL PRINCIPIO TRASFORMANTE: ESPERIMENTI DI AVERY, MACLEOD E MCCARTY Figura 4.3A Esperimenti di Avery, MacLeod e McCarty per identificare il principio trasformante.

4.3 NATURA DEL PRINCIPIO TRASFORMANTE: ESPERIMENTI DI AVERY, MACLEOD E MCCARTY Figura 4.3B Esperimenti di Avery, MacLeod e McCarty per identificare il principio trasformante.

4.3 NATURA DEL PRINCIPIO TRASFORMANTE: ESPERIMENTI DI AVERY, MACLEOD E MCCARTY Figura 4.3C Esperimenti di Avery, MacLeod e McCarty: trattamenti con RNasi e DNasi (da: P.J. Russell 1998, modificata).

4.3 NATURA DEL PRINCIPIO TRASFORMANTE: ESPERIMENTI DI AVERY, MACLEOD E MCCARTY QUADRO 4.1 – TRASFORMAZIONE BATTERICA Figura 4.4 Trasformazione genetica di una cellula batterica di tipo R mediante acquisizione e ricombinazione di un frammento di cromosoma contenente il gene S (da: P.J. Russell 1998, modificata).

4.4 DNA COME MATERIALE GENETICO: ESPERIMENTI DI HERSHEY E CHASE Figura 4.5 Esperimento di Hershey-Chase.

4.4 DNA COME MATERIALE GENETICO: ESPERIMENTI DI HERSHEY E CHASE QUADRO 4.2 – FAGI (O BATTERIOFAGI)‏ Figura 4.6A Struttura del batteriofago T2 e fotografia al microscopio elettronico (da: R.J. Brooker 1999, modificata).

4.4 DNA COME MATERIALE GENETICO: ESPERIMENTI DI HERSHEY E CHASE QUADRO 4.2 – FAGI (O BATTERIOFAGI)‏ Figura 4.6B Ciclo biologico del batteriofago T2 (da R.J. Brooker 1999, modificata).

4.5 ALCUNI VIRUS HANNO RNA COME MATERIALE GENETICO: ESPERIMENTI DI GIERER E SCHRAMM E FRAENKEL-CONRAT E SINGER Tabella 4.1 Esempi di virus a DNA e RNA.

4.5 ALCUNI VIRUS HANNO RNA COME MATERIALE GENETICO: ESPERIMENTI DI GIERER E SCHRAMM E FRAENKEL-CONRAT E SINGER Figura 4.7 (A) Struttura del virus del mosaico del tabacco (TMV); (B) sintomatologia a livello fogliare in tabacco.

4.5 ALCUNI VIRUS HANNO RNA COME MATERIALE GENETICO: ESPERIMENTI DI GIERER E SCHRAMM E FRAENKEL-CONRAT E SINGER Figura 4.8 Esperimento di Gierer e Schramm.

4.5 ALCUNI VIRUS HANNO RNA COME MATERIALE GENETICO: ESPERIMENTI DI GIERER E SCHRAMM E FRAENKEL-CONRAT E SINGER Figura 4.9 Esperimento di Fraenkel–Conrat e Singer (da: P.J. Russell 1998, modificata).

4.6 STRUTTURA CHIMICA DEGLI ACIDI NUCLEICI Figura 4.10 Componenti dei nucleotidi nel DNA e nell’RNA: gruppo fosfato, zuccheri pentosi e basi azotate.

4.6 STRUTTURA CHIMICA DEGLI ACIDI NUCLEICI Figura 4.11a Struttura dei nucleotidi e legami chimici tra gli elementi costitutivi.

4.6 STRUTTURA CHIMICA DEGLI ACIDI NUCLEICI Figura 4.11b Esempi di nucleosidi monofosfati, difosfati e trifosfati della timidina e dell’adenosina.

4.6 STRUTTURA CHIMICA DEGLI ACIDI NUCLEICI Tabella 4.2 Nomenclatura delle basi azotate e dei nucleosidi e nucleotidi che costituiscono il DNA e l’RNA.

4.6 STRUTTURA CHIMICA DEGLI ACIDI NUCLEICI Figura 4.12 Tipi di nucleotidi presenti nel DNA.

4.7 RICERCHE DI CHARGAFF, FRANKLIN E WILKINS Tabella 4.3 Composizione in basi azotate del DNA di vari organismi.

4.7 RICERCHE DI CHARGAFF, FRANKLIN E WILKINS Figura 4.13 Fotografia 51 della diffrazione ai raggi X ottenuta con il DNA.

4.8 MODELLO A DOPPIA ELICA DEL DNA DI WATSON E CRICK Figura 4.14 Filamento singolo di DNA contenente quattro nucleotidi (da: R.J. Brooker 1999, modificata).

4.8 MODELLO A DOPPIA ELICA DEL DNA DI WATSON E CRICK Figura 4.15 Appaiamento specifico tra basi azotate puriniche e pirimidiniche.

4.8 MODELLO A DOPPIA ELICA DEL DNA DI WATSON E CRICK Figura 4.16 Struttura a doppia elica del DNA.

4.8 MODELLO A DOPPIA ELICA DEL DNA DI WATSON E CRICK Figura 4.17 Struttura molecolare e modello spaziale del DNA.

4.8 MODELLO A DOPPIA ELICA DEL DNA DI WATSON E CRICK QUADRO 4.3 – ANALISI ELETTROFORETICA E SPETTROFOTOMETRICA DEGLI ACIDI NUCLEICI Figura 4.18 (A) Campioni di DNA e RNA separati mediante elettroforesi; (B) curva di assorbanza di un campione di acidi nucleici.

4.8 MODELLO A DOPPIA ELICA DEL DNA DI WATSON E CRICK Figura 4.19 Struttura di un filamento polinucleotidico di RNA (da: R.J. Brooker 1999, modificata).

4.9 MODELLI DI REPLICAZIONE DEL DNA Figura 4.20 Modelli di replicazione del DNA.

4.10 ESPERIMENTI DI TAYLOR, WOODS E HUGES Figura 4.21 Esperimenti di Taylor e collaboratori in Vicia faba: risultati riguardanti la replicazione del DNA cromosomico e loro interpretazione.

4.11 ESPERIMENTI DI MESELSON E STAHL Figura 4.22 Esperimenti di Meselson e Stahl (da: P.J. Russell 1998, modificata).

4.11 ESPERIMENTI DI MESELSON E STAHL CONCETTI CHIAVE Figura 4.23 Fondamento strutturale della replicazione del DNA secondo il modello semiconservativo e semidiscontinuo.

4.12 REPLICAZIONE DEL DNA Figura 4.24 Rappresentazione schematica di una unità di replicazione o replicone.

4.12 REPLICAZIONE DEL DNA Figura 4.25 (A) Replicazione bidirezionale del DNA di un cromosoma batterico circolare; (B) replicazione bidirezionale eucariotico lineare.

4.12 REPLICAZIONE DEL DNA Figura 4.26 Replicazione del DNA: meccanismo di azione della DNA polimerasi.

4.13 ESPERIMENTI DI KORNBERG E TIPI DI DNA POLIMERASI Figura 4.27 Esperimento di Kornberg: sintesi in vitro del DNA.

4.13 ESPERIMENTI DI KORNBERG E TIPI DI DNA POLIMERASI Tabella 4.4 Caratteristiche strutturali e funzionali delle DNA polimerasi di batteri (E. coli).

4. 14. MECCANISMI DI AZIONE DELLA DNA POLIMERASI: 4.14 MECCANISMI DI AZIONE DELLA DNA POLIMERASI: FORME REPLICATIVE AD Y E FRAMMENTI DI OKAZAKI Figura 4.28 Forma ad X proposta per il DNA in fase di replicazione e forma ad Y realmente osservata durante la replicazione del DNA.

4. 14. MECCANISMI DI AZIONE DELLA DNA POLIMERASI: 4.14 MECCANISMI DI AZIONE DELLA DNA POLIMERASI: FORME REPLICATIVE AD Y E FRAMMENTI DI OKAZAKI Figura 4.29 Fotografia al microscopio elettronico di molecole di DNA lineare di un batteriofago in replicazione: forma ad occhiello caratteristica della fase iniziale della replicazione e struttura a forma di Y prodotta nelle fasi successive della replicazione.

4. 14. MECCANISMI DI AZIONE DELLA DNA POLIMERASI: 4.14 MECCANISMI DI AZIONE DELLA DNA POLIMERASI: FORME REPLICATIVE AD Y E FRAMMENTI DI OKAZAKI Figura 4.30 Replicazione semidiscontinua del DNA: la sintesi avviene in modo continuo per un filamento (guida) mentre per l’altro filamento avviene a tratti (tardivo).

4. 14. MECCANISMI DI AZIONE DELLA DNA POLIMERASI: 4.14 MECCANISMI DI AZIONE DELLA DNA POLIMERASI: FORME REPLICATIVE AD Y E FRAMMENTI DI OKAZAKI Figura 4.31 Replicazione bidirezionale del DNA con sintesi continua nel filamento guida e discontinua nel filamento tardivo (da: P.J. Russell 1998, modificata).

4.15 MECCANISMO DI REPLICAZIONE DEL DNA: REPLICAZIONE DEL CROMOSOMA CIRCOLARE NEI PROCARIOTI Figura 4.32 Formazione della forcella e avvio del processo di replicazione.

4.15 MECCANISMO DI REPLICAZIONE DEL DNA: REPLICAZIONE DEL CROMOSOMA CIRCOLARE NEI PROCARIOTI Figura 4.33 Rappresentazione schematica del processo di replicazione del DNA in E. coli (da: D.P. Snustad e M.J. Simmons 2000, modificata).

4.16 REPLICAZIONE DEI CROMOSOMI LINEARI NEGLI EUCARIOTI Tabella 4.5 Tipi e caratteristiche delle DNA polimerasi eucariotiche (mammiferi e lieviti).

4.16 REPLICAZIONE DEI CROMOSOMI LINEARI NEGLI EUCARIOTI Figura 4.34a Processo di replicazione dei cromosomi eucariotici distinto in relazione a momenti successivi della fase S del ciclo cellulare.

4.16 REPLICAZIONE DEI CROMOSOMI LINEARI NEGLI EUCARIOTI Figura 4.34b Fotografia al microscopio elettronicodi una molecola di DNA di Drosophila melanogaster che mostra molteplici origini della replicazione.

4.16 REPLICAZIONE DEI CROMOSOMI LINEARI NEGLI EUCARIOTI Figura 4.35 Azione enzimatica delle telomerasi ai fini della replicazione delle sequenze terminali dei cromosomi (da: R.J. Brooker 1999, modificata).

4.16 REPLICAZIONE DEI CROMOSOMI LINEARI NEGLI EUCARIOTI Tabella 4.6 Confronto fra repliconi batterici ed eucariotici.

4.17 MECCANISMI DI RIPARAZIONE DEL DNA Figura 4.36 Meccanismo di riparazione del DNA per mezzo della DNA N–glicosilasi e dell’endonucleasi AP (da: J.R. Brooker 1999, modificata).

4.17 MECCANISMI DI RIPARAZIONE DEL DNA Figura 4.37 Riparazione del DNA per ricombinazione (da: R.J. Brooker 1999, modificata).