Il DNA come molecola in grado di veicolare informazione ereditabile

10/19/16
Il DNA come molecola in grado di veicolare
informazione ereditabile (genetica)
Essenz. Alberts: cap 6
La trasmissione dell’informazione
replicazione
DNA
dA, dG, dC, dT
RNA
A, G, C, U
trascrizione
traduzione
Proteina
20 aminoacidi
Dogma centrale della biologia
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Definizione molecolare di GENE
L’intera sequenza di DNA necessaria per la sintesi di
un polipeptide (o RNA) funzionale
Comprende:
•  regione trascritta = il tratto di DNA che viene
trascritto in mRNA
•  regioni regolative = tratti di DNA necessari per la
corretta trascrizione ed espressione del mRNA
GENE
DNA
promotore
regione trascritta
Trascrizione
mRNA
5’
3’
Traduzione
Proteina
NH2
COOH
Funzione biologica
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Gli studi più recenti indicano che molto probabilmente
il 70-90% del genoma è trascritto
•  Genoma
•  Trascrittoma
•  Proteoma
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La trasmissione dell’informazione
4 desossi-ribonucleotidi
4 ribonucleotidi
20 aminoacidi
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La replicazione del DNA è semiconservativa
Alberts et al., L’ESSENZIALE DI BIOLOGIA MOLECOLARE DELLA CELLULA, Zanichelli editore S.p.A. Copyright © 2005
La replicazione del DNA è
semiconservativa
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La polimerizzazione del DNA
La DNA polimerasi aggiunge (deossi) nucleotidi
all’estremità 3’ di un filamento di DNA
Direzione della polimerizzazione: 5’ => 3’
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La polimerizzazione del DNA richiede due
elementi fondamentali:
1.  STAMPO
2.  INNESCO
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Fase di inizio
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DNA genomico eucariotico: vi sono più origini di replicazione
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ü  Riconoscimento dell’origine di replicazione
ü  Apertura della doppia elica da parte di una elicasi
ü  I filamenti singoli vengono subito rivestiti da proteine
SSB (single-strand binding proteins) che impediscono il
riappaiamento del DNA
ü  Un enzima specifico, la primasi sintetizza un corto
segmento di RNA che funziona da primer per la sintesi
del DNA
ü  Poiché la DNA polimerasi può polimerizzare il DNA solo
in direzione 5’ -> 3’, uno dei due filamenti stampo deve
essere copiato mediante un meccanismo discontinuo di
cucitura all’indietro. È quindi definito filamento ritardato
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La forcella replicativa
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Entrambi i filamenti del DNA fungono da stampo per la replicazione:
Filamento guida - filamento lento
zucchero
trifosfato
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Sul filamento lento avvengono ripetuti eventi di “innesco”
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La sintesi del filamento
ritardato (lagging strand)
avviene mediante un
meccanismo discontinuo di
“cucitura all’indietro”
Procede a partire da inneschi
multipli, generando frammenti
di DNA (frammenti di Okazaki)
che vengono uniti da una
ligasi
Lunghezza frammenti di Okazaki:
Procarioti: 1000-2000 nt
Eucarioti: 100-200 nt
Mentre la sintesi del filamento
guida procede, la primasi
sintetizza un corto RNA (<15nt)
complementare al filamento
ritardato; questo funge da
primer per la sintesi di DNA nel
verso OPPOSTO alla direzione
di spostamento della forcella di
replicazione.
Questi frammenti misti di DNA
ed RNA sono stati scoperti da
Reiji Okazaki.
Quando questo raggiunge il
segmento precedente (perche’
và all’indietro), il primer di RNA
viene rimosso, lo spazio
lasciato vuoto viene riempito
con desossinucleotidi, ed I
frammenti vengono in fine legati
tra loro.
A unique property of the replicating region
of chromosomal DNA. Sakabe K, Okazaki
R. BBA. 1966, 129(3):651-4.
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Un unico complesso multi-enzimatico attivo alla forcella di replicazione
B. Alberts, D. Bray, K. Hopkin, A. Johnson, J. Lewis, M. Raff, K. Roberts, P. Walter,
BIOLOGIA MOLECOLARE DELLA CELLULA, Zanichelli editore S.p.A. Copyright © 2015
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Altri enzimi importanti: le Topoisomerasi
e’ necessaria una rapida
rotazione del DNA in questo
punto
Stampo del
fialmento guida
Stampo del
filamento lento
DNA polimerasi sul filamento guida
Catena di DNA di nuova sintesi”
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Topoisomerasi di tipo I. È in grado di tagliare e ri-legare
un filamento di DNA, riducendo il superavvolgimento
Due doppie eliche di
DNA sono incastrate tra
loro
Topoisomerasi di tipo II
Chemioterapici:
Camptothecin per Topoisomerasi I
Etoposide per Topoisomerasi II
La DNA topoisomerasi di
tipo II effettua un legame
covalente reversibile su
entrambi i filamenti di una
delle due eliche di DNA
La reazione inversa della
DNA topoisomerasi di tipo
II ricrea la doppia elica
Le due doppie eliche di
DNA sono libere
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