Evoluzione del concetto di gene, codice genetico e trascrizione Liceo Classico Classe II Evoluzione del concetto di gene, codice genetico e trascrizione Silvia Tarasco

Momento del percorso formativo La genetica classica Gli esperimenti di Mendel e le leggi dell’eredità La genetica post-mendleiana Il DNA e il suo ruolo nell’ereditarietà La struttura del DNA La replicazione del DNA Correzione e riparazione del DNA Dal DNA alle proteine Evoluzione del concetto di gene Il codice genetico La trascrizione La traduzione La regolazione nbfdhòàhgàòfdòlhfàlòàgfòlàdsòlh

Prerequisiti La struttura cellulare Aminoacidi e proteine Gli enzimi e l’attività enzimatica Il metabolismo Il DNA e l’RNA: struttura nbfdhòàhgàòfdòlhfàlòàgfòlàdsòlh

Obiettivi CONOSCENZE Saper descrivere gli esperimenti che hanno portato alla ipotesi un gene-un enzima Saper spiegare che cosa si intende per codice genetico Saper enunciare il dogma centrale della biologia molecolare Comprendere che i caratteri genetici si esprimono mediante la formazione di proteine. Comprendere il significato dei processi di trascrizione e traduzione

Obiettivi COMPETENZE Spiegare in che modo gli esperimenti di Beadle e Tatum hanno portato alle attuali conoscenze circa la sintesi proteica Distinguere tra le ipotesi “un gene-un enzima”, “un gene-una proteina”, “un gene-un polipeptide” Spiegare le fasi del processo di RNA editing Saper spiegare perché le triplette sono in numero notevolmente maggiore rispetto al numero degli amminoacidi Spiegare come il trascritto primario viene modificato dal processo per ottenere l’mRNA maturo

Obiettivi CAPACITA’ Saper costruire uno schema che illustri le fasi della trascrizione Data una sequenza di DNA, costruire la sequenza complementare di RNA e determinare la catena poilpeptidica corrispondente

Gli esperimenti di Garrod L’alcaptonuria è una malattia ereditaria caratterizzata dall’emissione di urine che assumono un colore scuro a contatto con l’aria Garrod, 1908, “errori congeniti del metabolismo” Deficit di un enzima che metabolizza la Tirosina Colpisce individui omozigoti per l’allele recessivo di un particolare gene nbfdhòàhgàòfdòlhfàlòàgfòlàdsòlh GENOTIPO ENZIMA FENOTIPO

L’alcaptonuria… nbfdhòàhgàòfdòlhfàlòàgfòlàdsòlh

… ma non solo nbfdhòàhgàòfdòlhfàlòàgfòlàdsòlh

La fenilchetonuria INGREDIENTS: Carbonated water, caramel colour, phosphoric and citric acid, aspartame (contains phenylalanine), flavours, sodium benzoate, acesulfame-potassium, caffeine, dimethypolysiloxane. nbfdhòàhgàòfdòlhfàlòàgfòlàdsòlh

Il contributo di Beadle e Tatum Neurospora è un organismo aploide Viene coltivata in un mezzo di composizione definita (ioni inorganici, una fonte di azoto, una fonte di carbonio e una vitamina, la biotina) Si introducono mutazioni genetiche sottoponendo Neurospora ai raggi X nbfdhòàhgàòfdòlhfàlòàgfòlàdsòlh

Il contributo di Beadle e Tatum nbfdhòàhgàòfdòlhfàlòàgfòlàdsòlh

Il contributo di Beadle e Tatum nbfdhòàhgàòfdòlhfàlòàgfòlàdsòlh

L’ipotesi un gene-un enzima nbfdhòàhgàòfdòlhfàlòàgfòlàdsòlh

L’ipotesi un gene-un enzima Sulla base dei risultati ottenuti Beadle e Tatum formularono l’ipotesi “UN GENE-UN ENZIMA” ovvero i geni sono responsabili della produzione degli enzimi Successivamente Ingram (1957, studi sull’emoglobina) dimostrò che i geni sono responsabili della produzione delle proteine (e non solo degli enzimi) nbfdhòàhgàòfdòlhfàlòàgfòlàdsòlh

Gli studi di Ingram Ingram nel 1957 determinò la sequenza dell’emoglobina normale e di quella presente in pazienti omozigoti per il gene mutante che causa l’anemia falciforme nbfdhòàhgàòfdòlhfàlòàgfòlàdsòlh

Un gene-un polipeptide Le proteine sono macromolecole composte di aminoacidi legati in una struttura lineare: la catena polipetidica Nell’Emoglobina S nella posizione 6 c’è una valina al posto dell’acido glutammico Una mutazione in un gene determina la sostituzione di un singolo amminoacido I geni determinano la struttura primaria, cioè la sequenza di aminoacidi, delle proteine. Non più UN GENE – UN ENZIMA ma UN GENE - UN POLIPEPTIDE nbfdhòàhgàòfdòlhfàlòàgfòlàdsòlh

Il codice genetico E’ universale (solo in alcuni protozoi UAA e UGA codificano per Glu e non sono di Stop) e quindi si è evoluto molto precocemente E’ ridondante o degenerato (solo Met e Trp sono codificati da una sola tripletta, mentre per gli altri AA ci sono da due a sei triplette-sinonimi che in genere differiscono per il terzo nucleotide) nbfdhòàhgàòfdòlhfàlòàgfòlàdsòlh

Il codice genetico Come fanno 4 nucleotidi a codificare per 20 AA? Nel 1961 Crick e Brenner ipotizzarono che il codice fosse basato su triplette non sovrapposte: 4 basi si possono unire a 3 a 3 dando 64 combinazioni possibili Nirenberg e Matthaei (1968) provano sperimentalmente che specifiche triplette codificano per specifici AA: l’ mRNA poli U codifica per Phe; il poli A per Lys; il poli G per Gly; il poli C per Pro etc. UAA, UGA, UAG non codificano per alcun AA, ma sono codoni di stop o terminazione Il codice genetico si riferisce all’ mRNA, mentre le sequenze sul DNA o dell’ anticodone del tRNA sono complementari nbfdhòàhgàòfdòlhfàlòàgfòlàdsòlh

Il dogma centrale della biologia molecolare Il DNA codifica per l’RNA il quale codifica per le proteine

La trascrizione Nelle cellule eucariotiche la trascrizione avviene nel nucleo. I due filamenti di DNA si separano, nel punto in cui ha inizio la trascrizione, e uno dei due funziona da stampo. I nucleotidi che costituiscono la nuova molecola di RNA prendono posto una alla volta lungo il filamento stampo del DNA, seguendo la stessa regola dell’appaiamento delle basi della duplicazione del DNA (tranne per il fatto che A si appaia con U invece che con T).

La trascrizione

La trascrizione

Dal pre-mRNA all’RNA maturo

Un gene… quanti polipeptidi? Un singolo gene può codificare per più polipeptidi correlati