Presentazione di PowerPoint

IPOTESI UN GENE-UN ENZIMA
 DNA: contiene tutte le informazioni per definire lo
sviluppo e la fisiologia della cellula: ma come svolge
questa funzione?
 Beadle e Tatum (1941): studiando mutanti della comune
muffa del pane formularono ipotesi
“un gene-un enzima”
“un gene-una proteina”
“un gene-una catena polipeptidica”
Dai Geni alle Proteine: RNA
 Il passaggio dai geni (nucleo) alle proteine (citoplasma)




è reso possibile grazie all’intervento dell’RNA!
RNA o acido ribonucleico, anch’esso formato da una
sequenza lineare di nucleotidi.
Il messaggio contenuto in un gene viene trascritto,
copiato, sotto forma di RNA, nel nucleo, in un processo
chiamato trascrizione.
l’RNA si trasferisce poi dal nucleo al citoplasma dove il
messaggio che esso trasporta viene usato per
sintetizzare una proteina (traduzione).
Il flusso dell’informazione biologica va dunque sempre
dal DNA all’RNA, alle proteine:
DOGMA CENTRALE DELLA BIOLOGIA MOLECOLARE
Dogma centrale della BIOLOGIA
Dogma centrale della BIOLOGIA
STRUTTURA DEL DNA
STRUTTURA DEL RNA
L’RNA differisce dal DNA per alcune caratteristiche:
 Lo zucchero pentoso è il ribosio anziché il
desossiribosio
 È costituito da una filamento singolo anziché da una
doppia elica
 Contiene quattro basi azotate, tre delle quali (A,G e C)
uguali a quelle del DNA e una diversa: al posto della
timina troviamo l’uracile (U), che al pari della timina
si appaia con l’adenina.
 Negli eucarioti l’RNA è sintetizzato nel nucleo, ma
svolge i suoi compiti nel citoplasma
RNA
esiste nella forma di
catena
poliribonucleotidica a
SINGOLO
FILAMENTO
Nucleotide:
Zucchero ribosio
Gruppo fosfato
Base azotata (A, G, C, U)
Esistono diversi tipi di RNA:
1- RNA ribosomiale (rRNA): elemento costitutivo dei ribosomi
2-RNA messaggero (mRNA ): trasporta l’informazione genetica dal
DNA al citoplasma, dove vengono sintetizzate le proteine.
3- RNA di trasferimento (tRNA): trasporta gli aminoacidi liberi nel
citoplasma ai ribosomi, durante la sintesi proteica, e serve per
tradurre l’informazione contenuta nella sequenza nucleotidica
dell’mRNA in una sequenza di aminoacidi
4- altri RNA: trascritto primario hnRNA (RNA eterogeneo nucleare),
snRNA (piccolo RNA), siRNA, miRNA, ed altri RNA che partecipano
a diversi processi cellulari
 Processo mediante il quale l’informazione
contenuta in un gene viene copiata (trascritta) in
un molecola di RNA messaggero.
 La sintesi dell’mRNA è catalizzata da un gruppo di
enzimi, il più importante dei quali è l’RNA
Polimerasi.
 Il processo è diverso in procarioti ed eucarioti
Nei procarioti
trascrizione e
traduzione sono
contemporanee
Entrambe avvengono
nel citoplasma e
l’mRNA neoprodotto è
immediatamente
utilizzato per la sintesi
proteica.
Negli eucarioti il messaggio viene così espresso
RNA POLIMERASI
La trascrizione
RNA polimerasi L’enzima
responsabile della
formazione dei legami
fosfodiesterei dell’RNA
Trascrizione: sintesi di RNA diretta da DNA
Richiede:
-RNA polimerasi
-DNA stampo, il filamento codificante
-Ribonucleosidi trifosfati (ATP, CTP; GTP, UTP)
Per iniziare la sintesi l’RNA polimerasi si lega ad una sequenza
specifica sul DNA (promotore); un’altra sequenza specifica
(segnale di terminazione) indica il punto di arresto della
trascrizione.
Nel punto di attacco dell’enzima i due filamenti di DNA si
aprono ed uno di essi funziona da stampo per la sintesi di una
molecola di mRNA ad esso complementare. L’RNA polimerasi
si sposta lugo il DNA stampo aggiungendo ribonucleotidi
all’estremità 5’ (direzione trascrizione 5’→ 3’)
PROMOTORE
SEQUENZA DI
TERMINAZIONE
SEGNALI DI INIZIO DELLA TRASCRIZIONE
INIZIO DELLA TRASCRIZIONE
FASE DI ALLUNGAMENTO
FASE DI ALLUNGAMENTO
FINE DELLA TRASCRIZIONE
FINE DELLA TRASCRIZIONE
Il meccanismo della trascrizione
REGOLAZIONE DELLA TRASCRIZIONE
DIREZIONE DELLA TRASCRIZIONE
GLI RNA CONTENGONO SEQUENZE NON CODIFICANTI
MATURAZIONE DEGLI RNA EUCARIOTICI
1. Conferisce maggiore stabilità all’mRNA (lo protegge da
degradazione operata da RNAasi)
2. Rappresenta il sito di legame del ribosoma all’mRNA
Cap al 5’: riconoscimento da parte di ribosomi
PoliA al 3’: protezione e trasporto
I geni eucarioti sono interrotti da
sequenza non codificanti (introni)…
Splicing
SPLICING degli mRNA eucariotici
VANTAGGI DELLA PRESENZA DI INTRONI
TRASCRIZIONE: PROCARIOTI/EUCARIOTI
Traduzione dell’mRNA:
IL CODICE GENETICO
CODICE GENETICO
 Contiene un segnale di inizio: rappresentato dal codone




AUG (che codifica per l’aa metionina)
Contiene segnali di fine lettura, rappresentati da codoni
di stop (o codoni non senso)
Non è ambiguo: un dato codone specifica sempre un
unico aa. Es. il codone AUU codifica sempre l’isoleucina.
È ridondante (o degenerato): quasi tutti gli aminoacidi
sono specificati da più di un codone. Es. Isoleucina
codificata da AUU, AUC, AUA
È universale: valido per tutti gli organismi con pochissime
eccezioni.
Codice genetico: degenerato, universale, non ambiguo
La degenerazione spesso segue alcune regole:
•codoni con la prima base differenti codificano per lo stesso aminoacido o per altri
simili;
•codoni che differiscono per la seconda base codificano per aminoacidi simili;
•codoni che differiscono per la terza base codificano per lo stesso aminoacido.
Traduzione
RNA messaggero
mRNA
RNA di trasferimento
tRNA
Aminoacidi
aminoacil-tRNAsintetasi
codice genetico
Ribosomi
proteine-rRNA
tRNA
Struttura del tRNA
70-90 nucleotidi
RNA di trasferimento
Aminoacil-tRNA sintetasi
STRUTTURA DEI RIBOSOMI
STRUTTURA DEI RIBOSOMI
Struttura generale dei ribosomi degli eucarioti e dei
procarioti
Procarioti
Eucarioti
Ribosomi assemblati
70S
80S
Subunità maggiore
minore
50S
30S
60S
40S
Proteine maggiore
minore
31
21
50
33
rRNA
maggiore
minore
23S+5S
16S
28S+5,8S+5S
18S
Le singole molecole di rRNA (tranne la 5 S) vengono sintetizzate nei nucleoli come RNA
45 S.
STRUTTURA DEI RIBOSOMI
TRADUZIONE O SINTESI PROTEICA
Avviene nel citoplasma a livello del ribosoma
Processo rapido: polipeptide di 100 aminoacidi sintetizzato
in pochi minuti
Si realizza in 3 fasi:
-inizio (fattori di inizio, IF)
-allungamento (fattori di allungamento, EF)
-terminazione (fattori di terminazione, RF)
Il codone di inizio è AUG
Sequenza di Shine e Dalgarno nei Procarioti
Aminoacil-tRNA specifiche attivano gli aminoacidi legandoli
al proprio tRNA
POLIRIBOSOMI
PROTEINE CHAPERONE
Procarioti
Eucarioti
Trascrizione e traduzione contemporanee
Trascrizione nucleare
Traduzione citoplasmatica
La trascrizione inizia quando la
RNA polimerasi si lega al promotore
RNA polimerasi non si lega al promotore
finchè altre proteine (TF, fattori di
trascrizione) non si sono legate
RNA polimerasi (’)
RNA polimerasi I (rRNA)
RNA polimerasi II (mRNA)
RNA polimerasi III (tRNA)
Promotore (-35, -10)
Promotore (TATA box) e
sequenze regolatrici
rRNA: 16S, 23S, 5S
rRNA: 18S, 28S, 5.5S, 5S
mRNA policistronico (informazione per più geni)
Splicing alternativo mRNA
MUTAZIONI
 Cambiamenti improvvisi ed ereditabili del
patrimonio ereditario
 Mutazioni geniche: interessano un singolo gene
 Mutazioni cromosomiche: quando riguardano un
cromosoma
 Mutazioni genomiche: quando riguardano
l’intero patrimonio ereditario (spesso
incompatibili con la vita)
MUTAZIONI
 Le mutazioni sono fenomeni casuali e spontanei
abbastanza rari.
 Il tasso di mutazione spontanea varia da specie a
specie, e all’interno della stessa specie, da gene a gene.
 In base al suo effetto una mutazione può essere
definita:
 Vantaggiosa: se aumenta le probabilità di
sopravvivenza dell’individuo
 Svantaggiosa: se la diminuisce
 Neutra: se non la modifica
Mutazioni geniche
Alterazioni della sequenza nucleotidica del DNA
Diversità genetica su cui agisce la selezione naturale
Mutazioni puntiformi: sostituzione, delezione o aggiunta
di una base
• Silenti (degenerazione del codice genetico)
•Missenso (un aminoacido viene sostituito con un altro)
• Non senso (comparsa di un codone di stop, UAA, UGA, UAG)
• Frame-shift (spostamento della griglia di lettura per
inserimento o rimozione di una singola coppia di basi)
MUTAZIONE SILENTE
Le mutazioni silenti o sinonime si verificano quando la
sostituzione di una base azotata in una sequenza di DNA non
determina variazione della frequenza amminoacidica della
proteina interessata (il codone mutato codifica per lo stesso
aminoacido→ degenerazione codice genetico)
MUTAZIONE MISSENSO
Dà origine ad un codone che codifica per una aminoacido diverso da
quello originario
ANEMIA FALCIFORME
Mutazioni puntiformi
MUTAZIONE NON SENSO
Dà origine ad uno dei tre codoni di stop che segnalano l’arresto
della sintesi della proteina. Hanno sempre effetti gravissimi.
MUTAZIONI FRAME-SHIFT
La perdita o l’aggiunta di un nucleotide hanno come effetto lo
spostamento della griglia di lettura in modo da alterare tutto il
filamento polipeptidico a valle della mutazione. Effetti molto gravi.
Mutazioni cromosomiche: cambiamenti di
rilevanti dimensioni
• Delezioni (perdita di materiale genetico)
• Inversioni (rimozione e successivo inserimento
in direz.opposta)
• Duplicazioni (due copie della stessa
informazione genetica)
•Traslocazioni (spostamento di DNA su un altro
cromosoma)
Mutazioni cromosomiche