DNA

Didascalia alternativa:

da qualcosa che avveniva nel corpo del topo, ma da una sostanza chiamata fattore di trasformazione, contenuta in cellule batteriche morte che trasformava geneticamente altre cellule vive. L'ESPERIMENTO DI AVERY (FATTORE DI TRASFORMAZIONE È IL DNA) Oswald Avery sottopose i campioni contenenti il fattore di trasformazione dello pneumococco a vari trattamenti per distruggere tipi diversi di molecole come le proteine, acidi nucleici, carboidrati e lipidi; per controllare se conservassero la capacità di trasformazione. 1.Prese il ceppo S riscaldato e viene omogeneizzato e filtrato contenente solo molecole. 2.Successivamente viene suddiviso in tre provette: - nella prima viene aggiunto l'enzima dell'RNasi in grado di distruggere l'RNA; - nella seconda viene aggiunto l'enzima della Proteasi in grado di distruggere le proteine; - nella terza viene aggiunto l'enzima del DNasi in grado di distruggere il DNA. 3.Poi mise questi estratti trattati rispettivamente a contatto con ceppi R non virulenti per osservare in quale delle provette avvenisse la trasformazione. Essa avvenne nelle prime due, ma nella terza quella dove era stato distrutto il DNA no. Tramite questo esperimento, gli scienziati riuscirono a dimostrare che il cosiddetto principio trasformante (ovvero il portatore di informazioni geniche), era il DNA. GLI ESPERIMENTI DI HERSEY E CHASE Essi condussero degli esperimenti per poter sconfiggere i batteriofagi. In particolare utilizzarono un tipo di batteriofagi T2: esso è composto da una molecola di DNA e un rivestimento proteico, dal momento che l'involucro del batteriofago è costituito da proteine all'interno della testa è contenuto il DNA: Essi marcarono le due componenti del virus con due isotopi radioattivi: 1. Lo zolfo 35 (è un componente delle proteine e quindi avrebbe seguito il percorso delle proteine) 2. Il fosforo 32 (è un componente del DNA e quindi avrebbe seguito il percorso del DNA) A questo punto... fecero due esperimenti marchiando nel primo le proteine e nell'altro il DNA. Cercarono di fare in modo che i faggi infettassero le cellule batteriche; dopo l'infezione i faggi furono separati dalle cellule batteriche grazie ad un frullatore; dopodiché i batteri furono separati dalle particelle virali grazie ad una centrifuga. Infatti, siccome i faggi erano molto più leggeri dei batteri essi si sarebbero trovati nel surnatante, ossia nel liquidò, mentre i batteri nel pellet. Fecero questi esperimenti sia con lo zolfo 35(S35) che con il fosforo 32(P32). Nel caso dello zolfo e si trovarono la radioattività nel surnatante e quindi al di fuori delle cellule batteriche. Nel caso del fosforo 32 e si notarono che la radioattività si trovava nel pellet e che quindi il DNA era stato trasferito dei faggi alle cellule batteriche. Questo esperimento ci fa capire che in conclusione il materiale genetico si trova nel DNA. LA STRUTTURA DEL DNA La struttura del DNA fu scoperta da due biofisici rosa in Franklin e Maurice Wilkins. Rosalinda capito era necessario usare la cristallografia a raggi X, per capire come era fatta la struttura del DNA. Eccoli essa funzionava come se fosse una fotografia la struttura interna del DNA per capire la disposizione degli atomi all'interno. Il campione di DNA studiato tramite la cristallografia era stato inventato da Maurice. Fonte che si imbatte in uno schermo e in seguito il fascio di raggi X che attraversano il campione di DNA riflettendo tutta la sua struttura su una pellicola fotografica. Così si scoprì che il DNA aveva una struttura ad elica. COMPOSIZIONE CHIMICA DEL DNA Il DNA è un polimero formato da 4 nucleotidi formati da: ● 1 molecola di zucchero ribosio, ● 1 gruppo fosfato, ● 1 base azotata. La base azotata cambiava in ognuno di essi: le purine adenina (A) e guanina(G) e le pirimidine citosina (C) e timina(T). ■ Nel 1950, Erwin scoprì alcune regolarità nella composizione del DNA 1. I nucleotidi non cambiano la loro percentuale anche se provenienti da tessuti diversi della stessa persona. 2. La composizione del DNA non è influenzata da fattori esterni o dall'età dell'organismo. 3. Varia il rapporto della percentuale tra guanina e adenina, di specie in specie. 4. In tutte le specie, la quantità di adenina è uguale alla quantità di timina (A=T) e la quantità di guanina è uguale alla quantità di citosina (G=C). 5. Di conseguenza la quantità totale delle purine (A+G) = pirimidine (C+T) IL MODELLO A DOPPIA ELICA DI WATSON E CRICK Watson e Crick unirono le loro idee per creare un modello tridimensionale di DNA attraverso varie informazioni: 1. Dai risultati della cristallografia si nota che le molecole del DNA sono a doppia elica 2. Si pensava che nel DNA ci fossero due catene poli nucleotidiche, affiancate che correvano in direzioni opposte, cioè erano antiparallele 3. Le quantità delle basi azotate purine = pirimidine Così nel 1959 uscì il primo modello tridimensionale, che è quello che abbiamo oggi, ritoccato in cose non importanti. STRUTTURA MOLECOLARE DNA La molecola di DNA è formata da due catene polinucleotidiche avvolte attorno ad uno stesso asse e formano una doppia elica, ogni 10 basi azotate avviene un giro. Ogni catena Polinucleotidica è formata da nucleotidi uniti tramite legami covalenti tra il gruppo fosfato legato al carbonio (in posizione S) e l'ossigeno legato al carbonio (in posizione 3'). I legami covalenti si formano per considerazione tra: un gruppo ossidrile (-OH) del desossiribonucleico (lo zucchero DNA) È un gruppo ossidrile del gruppo fosfato(-OPO3) -Le due catene sono tenute insieme da legami a idrogeno tra le basi azotate: disposte orizzontalmente verso l'interno; mentre i gruppi fosfato e zuccheri sono disposti verso l'esterno. -nell'unione delle basi azotate abbiamo: la timina + l'adenina che equivalgono a due legami a idrogeno; la guanina+la citosina che equivalgono a tre legami a idrogeno. Ciascuna coppia ha una pirimidina (To C) e una purina (A o G). Questo appaiamento si chiama complementarietà delle basi. -le catene sono antiparallele: ognuna va in una direzione diversa e ogni catena a un'estremità 5 e 3. (5'3'-3'5'). FUNZIONE DNA 1.Nel DNA ovvero nel materiale genetico, ci sono tutte le info genetiche barra ereditarie di un organismo. Esse sono contenute nella sequenza lineare di basi azotate che compongono i lineamenti. 2. Ha la funzione di duplicarsi, e ciò è possibile dividendo i filamenti precedentemente uniti, e usandoli per produrre un nuovo filamento. DUPLICAZIONE DEL DNA Il DNA di una cellula contiene le informazioni che servono al suo funzionamento e alla sua regolazione. Ogni volta che una cellula si divide per mitosi il suo DNA viene prima duplicato. Entrambe le cellule figlie ricevono una copia identica del DNA. La duplicazione è detta semi-conservativa perché ogni filamento parentale di dna funziona da stampo per una nuova molecola. Le due molecole di dna che si formano contengono quindi un filamento vecchio e uno nuovo. Prima che inizi la sintesi i filamenti di dna si separano e si forma una bolla di duplicazione. La bolla si forma, lungo il dna, in corrispondenza di punti precisi detti origini di duplicazione. Nel genoma umano ci sono circa 10mila origini di duplicazione. Il processo inizia contemporaneamente in più punti ed è così molto più rapido. Il processo di duplicazione avviene grazie all'azione di numerosissime proteine ed enzimi. Queste si muovono lungo i filamenti e non viceversa. L'enzima elicasi rompe i legami ad idrogeno così da formare le bolle di duplicazione. Una serie di proteine dette single strand binding proteins si legano ai filamenti per impedire che questi si riassocino fra di loro e si riformi la doppia elica. Le bolle di duplicazioni diventano sempre più grandi fino a fondersi. Così si ottengono due copie del dna di partenza. Le estremità di ogni singola bolla sono dette forcelle di duplicazione. Esse si muovono in direzioni opposte, ampliando, la bolla. Così avviene la sintesi dei nuovi filamenti. Completata la sintesi il dna si riavvolge ad elica. A questo punto può iniziare la copiatura che avviene contemporaneamente sui due filamenti. Questi sono complementari e hanno orientamento opposto. Un gruppo di enzimi, detti nel complesso dna polimerasi, è responsabile della sintesi dei nuovi filamenti. La dna polimerasi, però, non è in grado di sintetizzare un filamento dal nulla, può solamente aggiungere nucleotidi ad un filamento preesistente. Perciò è necessario l'intervento di un enzima specifico: l'RNA primasi, che sintetizza un breve filamento di rna complementare allo stampo. Questo frammento è detto primer. Ad esso la dna polimerasi aggiunge nucleotidi del nuovo filamento di dna. *All'interno del nuovo filamento si uniscono i nucleotidi trifosfato, grazie ad un enzima chiamato appunto DNA polimerasi, tornando ai nucleotidi trifosfato possiamo dire che sono in grado di unirsi tra di loro in un nuovo filamento, grazie dei legami chiamati fosfodiesterici.* Poiché la dna polimerasi può aggiungere nucleotidi in direzione 5'◊ 3' ma non viceversa, la forcella di duplicazione è asimmetrica e quindi i filamenti vengono assemblati in modo diverso. Solamente uno dei filamenti, detto filamento guida o veloce, viene infatti sintetizzato in modo continuo. L'altro filamento parentale è replicato in modo discontinuo e la sua copia è detto filamento in ritardo/lento. CORREZIONE DEGLI ERRORI Nella duplicazione possono esserci degli errori che vengono corretti da 3 meccanismi di riparazione: 1. Correzione di bozze, correggere errori del DNA man mano che vengono fatti dal DNA polimerasi 2. Riparazione delle anomalie di appaiamento, esamina il DNA dopo che si è duplicato e corregge gli appaiamenti sbagliati 3. Riparazione per scissione, si trovano basi anomale danneggiate e le proteine tagliano la base anomala, la DNA polimerasi e aggiunge le basi corrette duplicando il breve filamento. IL DOGMA CENTRALE: LA TRASCRIZIONE E LA TRADUZIONE Gene- porzione di DNA= più nucleotidi messi insieme Gli scienziati si chiedevano come avveniva il passaggio di informazioni genetiche del DNA alle proteine, dato che l'informazione genetica si trova nell'acido desossiribonucleico che si trova all'interno del nucleo, mentre le proteine sono nel citoplasma. Così Crick propose due ipotesi in seguito rivelate giuste e chiamate dogma centrale. 1. Trascrizione: Dove Crick spiegava che l'informazione genetica del DNA può sia duplicarsi che passare e quindi essere trascritta in un filamento di RNA, I'MRNA (RNA messaggero). Esso è capace di spostarsi dal nucleo al citoplasma dove raggiunge le proteine. 2.Traduzione: quando l'mRNA raggiunge il citoplasma, l'informazione genetica dell'mRNA passa ai ribosomi che però non riescono a tradurre il messaggio delle proteine e serviva un traduttore il tRNA (RNA transfer). Esso faceva passare il messaggio da una sequenza nucleotidica dell'mRNA a una amminoacida della proteina. Il tRNA si è formato grazie ai geni che contengono l'informazione per creare i polipeptidi, uno o più polipeptidi formano una proteina. Il passaggio quindi era: DNA, RNA, mRNA, polipeptide o proteina. RNA (ACIDO RIBONUCLEICO) L'RNA è simile al DNA, è sempre un poli nucleotide, ma differisce in qualcosa: È formato da un unico filamento e non due; la sua molecola di zucchero è il ribosio e non il desossiribosio; a quattro basi azotate, tre uguali al DNA (Adenina Guanina Citosina) e una diversa l'uracile (U). L'RNA si appaia alle basi di un filamento, tenendo conto della complementarietà delle basi come quelle del DNA solo che l'adenina si accoppia l'uracile. Anche se l'RNA è solo un filamento può ripercorrersi su se stesso e assumere varie forme e compiti diversi. 1.RNA MESSAGGERO (mRNA)-intermediario: fa passare l'informazione genetica ricevuta dal dna fino al citoplasma ai ribosomi. 2.RNA TRANSFER (tRNA)-adattatore: traduce la sequenza nucleotidica che porta all'rRNA ad aminoacidi di una proteina 3.RNA RIBOSOMIALE-rRNA: realizza sintesi proteiche LA TRASCRIZIONE DA DNA A RNA In biologia molecolare, la trascrizione è il processo mediante il quale le informazioni contenute nel DNA vengono trascritte enzimaticamente in una molecola complementare di RNA. Concettualmente, si tratta del trasferimento dell'informazione genetica dal DNA all'RNA. La trascrizione può essere suddivisa in tre stadi distinti: inizio, allungamento e terminazione. 1. Il primo stadio dà inizio alla trascrizione con un promotore (speciale sequenza, presente sulla molecola di DNA), Esso dice all'RNA polimerasi 1 da dove far partire la trascrizione, 2 quale filamento del DNA trascrivere, 3 in quale direzione procedere. Dopo che si è legata al promotore comincia il secondo stadio. 2. Allungamento, I'RNA polimerasi apre il DNA e legge il filamento stampo in direzione 5'03', quindi l'RNA cresce da 5'0 3' e poi aggiunge nuovi nucleotidi all'estremità 3'. 3. Terminazione, come sa quando smettere di aggiungere nucleotidi al trascritto di RNA? Sui filamenti stampo del DNA ci sono determinate sequenze di basi che indicano il termine. CODICE GENETICO Si chiama codice genetico l'insieme delle regole che mettono in corrispondenza univoca le unità d'informazione genetiche (codoni, cioè triplette di nucleotidi di mRNA) con gli aminoacidi che vanno a costituire le proteine. Il suo linguaggio si basa su un "alfabeto" molecolare rappresentato dalla sequenza dei nucleotidi del DNA, che viene tradotto nella sequenza degli amminoacidi di una proteina. Il codice genetico dispone di 4 "lettere" (le 4 diverse basi azotate) per specificare i 20 amminoacidi. Utilizzando gruppi di 3 nucleotidi (triplette, o codoni) si ottengono 4³ = 64 combinazioni diverse. Tre di queste triplette (triplette non senso) non corrispondono a nessun amminoacido: esse servono per segnalare la fine della catena proteica. La tripletta AUG indica l'inizio della catena proteica (codone di inizio); a essa corrisponde anche l'amminoa metionina. (Si definisce gene la sequenza di triplette che codifica una proteina). Tre codoni (UAA, UAG,UGA) Funzionano da codoni di stop ovvero che quando si raggiunge uno di questi codoni la traduzione si interrompe. ■ Il codice genetico è degenerato ma non è ambiguo. Tolti i codoni di stop e di inizio rimangono 60 codoni, molti più di quelli necessari per codificare gli altri 19 amminoacidi, quindi si dice che il codice genetico è ridondante, poiché uno stesso amminoacido è codificato da più di una tripletta. Le triplette che codificano lo stesso amminoacido sono molto simili e generalmente differiscono solo per l'ultima delle tre basi Il codice genetico è quasi universale, dal momento che è identico nella maggior parte degli esseri viventi (ogni tripletta ha lo stesso significato per tutti gli organismi). LA TRADUZIONE DALL'RNA ALLE PROTEINE RNA messaggero esce dal nucleo per entrare nel citoplasma, dove ci sono i ribosomi che si uniscono all'mRNA. Essi sono in grado di leggere il codice contenuto all'interno dell'mRNA e a tradurlo in una sequenza di aminoacidi, producendo una catena. Gli aminoacidi che troviamo sul citoplasma sono legati ai rispettivi tRNA. Nella traduzione la molecola principale è quella del tRNA. Questa molecola è a forma di trifoglio ed è composta da: basi azotate che si legano tra di loro in maniera complementare attraverso il legame a idrogeno; ha delle zone circolari (3) là dove si attacca ai ribosomi; all'estremità 3' ha un sito d'attacco dove il tRNA si attacca all'amminoacido per formare la proteina (3'); verso la metà della sequenza del tRNA c'è l'anticodone (un gruppo di tre basi che costituisce il sito di appaiamento tra basi complementari con I'mRNA). GLI ENZIMI ATTIVANTI LEGANO I TRNA AGLI AMMINOACIDI il caricamento dei diversi tRNA avviene grazie a una famiglia di enzimi, gli amminoacil-tRna- sintetasi, che legano l'amminoacido al tRNA tramite un legame ad alta energia. PER LA TRADUZIONE SERVONO I RIBOSOMI La molecola di tRNA si attacca ai ribosomi formati da due subunità: una maggiore (più grande in basso) e una minore (più piccola in alto). Solitamente sono separate ma nella traduzione si uniscono tra loro nella zona inferiore ovvero dove vi è la sub.magg. Infatti nella sub. maggiore ci sono 3 zone, queste hanno un ruolo fondamentale perché in base a dove si attacca la molecola avviene un processo diverso: -sito A (sinistra) l'anticodone del tRNA carico si lega al codone dell'mRNA, allineando l'amminoacido che va aggiunto alla catena polipeptidica è in crescita. -sito P (centrale) il ti RNA cede il proprio amminoacido alla catena polipeptidicae in crescita. -sito E (destra) il tRNA, prima di staccarsi dal ribosoma, torna nel citosol e raccoglie un'altra molecola di amminoacido per ricominciare il processo. **I ribosomi sono complessi che consentono la sintesi proteica. Sono costituite da due subunità separate che si uniscono durante la traduzione. LE TAPPE DELLA TRADUZIONE: INIZIÒ L'inizio della traduzione comporta la formazione del complesso di inizio costituito da un tRNA carico e dalle due subunità del ribosoma, legati insieme all'mRNA. L'ALLUNGAMENTO Durante l'alllungamento un nuovo tRNA carico entra nel sito A della subunità maggiore, che promuove la formazione del legame peptidico e l'allungamento della catena polipeptidica. LA TERMINAZIONE la fase di terminazione della traduzione avviene quando nell'mRNA compare un codone di stop: il ciclo di allungamento si blocca e il polipeptide si stacca dal ribosoma