gli acidi nucleici

GLI ACIDI NUCLEICI
• Questa è la formula chimica
del DNA di un virus.
Gli acidi nucleici
• Per comprendere l’origine della struttura
primaria delle proteine dobbiamo imparare
a conoscere la quarta categoria di
biomolecole: gli acidi nucleici.
• Come le proteine, anche gli acidi nucleici
sono polimeri, ed anch’essi contengono
informazione biologica.
I nucleotidi
• I monomeri degli acidi nucleici si chiamano
nucleotidi.
• Anche i nucleotidi, come gli aminoacidi
sono formati da una parte “fissa” e da una
parte variabile.
Struttura di un nucleotide
Tre componenti
• Parte fissa:
• - un monosaccaride a cinque atomi di C, che si
chiama:
– > ribosio (nel RNA)
– > desossiribosio (nel DNA)
• - un acido fosforico (o gruppo fosfato)
• Parte variabile:
– una base azotata che può essere di cinque specie
Le cinque basi azotate
Purine e Pirimidine
• Non impariamo le formule però impariamo
i nomi:
– Adenina (A) e Guanina (G) hanno un doppio
anello e appartengono alla categoria delle
purine
– Citosina (C), Timina (T) e Uracile (U),
hanno un anello singolo e appartengono alla
categoria delle pirimidine.
• Il gruppo fosfato
(in giallo) fa da
ponte nel legame
(condensazione)
fra i monomeri.
L’RNA
• L’ RNA è il polimero che si ottiene legando
i nucleotidi con le seguenti caratteristiche:
– Il monosaccaride è il ribosio
– Le basi azotate sono: A, G, U, C.
IL DNA
• Il DNA è il polimero che si ottiene legando
i nucleotidi con le seguenti caratteristiche:
– Il monosaccaride è il desossiribosio, che ha
un ossigeno in meno rispetto al ribosio
– Le basi azotate sono: A, G, T, C.
La sequenza
• Anche nel caso degli acidi nucleici è
fondamentale la struttura primaria, o sequenza,
la quale viene rappresentata utilizzando le
iniziali delle basi azotate presenti nei nucleotidi.
Ad esempio, un tratto di RNA potrebbe essere:
…..UAAACUGUUUCCUUAACGGGCGC…..
Ciascuna lettera indica un nucleotide.
L’appaiamento specifico
• Nel funzionamento di tutti gli acidi nucleici
è fondamentale un aspetto nuovo: i
nucleotidi di un polimero si appaiano con i
nucleotidi di un altro polimero in base ad
una regola:
IL PRINCIPIO DELLE BASI
COMPLEMENTARI
Il principio delle basi
complementari
• Questa regola è molto semplice:
• L’adenina è complementare alla timina
(DNA) o all’uracile (RNA).
• La guanina è complementare alla citosina.
• Ciò significa che due filamenti si appaiano
in modo specifico rispettando sempre la
regola delle basi complementari.
• L’appaiamento avviene mediante legami
idrogeno, che sono deboli legami reversibili.
• Una purina si appaia sempre con una pirimidina
e viceversa.
• Ciò che abbiamo detto finora sugli acidi
nucleici vale per tutti gli organismi (batteri,
piante, funghi, animali, ecc..).
• Vediamo adesso in quali forme si trovano
il DNA e l’RNA negli organismi eucarioti
(tutti tranne i batteri).
Il DNA si trova nel nucleo
• Ogni cellula eucariote ha un nucleo,
all’interno del quale si trova il DNA.
• Le cellule di ogni specie vivente
contengono un numero preciso e costante
di molecole di DNA (cromosomi).
Indicheremo questo numero con “2n”.
Alcuni esempi (2 x n = 2n)
Lievito
2 x 17 = 34
Tabacco
Orzo
Zanzara
Tacchino
Topo
Cane
Asino
Scimpanzè
Uomo
2 x 24 = 48
2 x 7 = 14
2x3=6
2 x 41 = 82
2 x 20 = 40
2 x 39 = 78
2 x 31 = 62
2 x 24 = 48
2 x 23 = 46
La cromatina
• Durante la vita normale della cellula, i filamenti di DNA
sono dispersi nello spazio contenuto all’interno del nucleo.
La doppia elica
• Questi filamenti di
DNA in realtà sono
formati da 2 catene
complementari
attorcigliate: questa
forma si chiama
doppia elica.
Quanto sono lunghe le molecole di DNA?
• Ad esempio nell’uomo per formare tutti i
46 cromosomi sono necessari circa
6.400.000.000 nucleotidi.
L’RNA è presente in 3 forme diverse
• Abbiamo 3 tipi di RNA:
• 1) RNA messaggero (mRNA)
• 2) RNA di trasporto (tRNA), o “transfer”
• 3) RNA ribosomiale (rRNA)
• Vediamo le immagini nella prossima scheda
Tre tipi di RNA
La sintesi proteica
• La sintesi proteica è la
costruzione delle proteine
all’interno delle cellule.
• Ogni cellula deve sintetizzare le
proteine giuste al momento
giusto.
• Quando una cellula ha bisogno di una proteina se la deve
costruire in proprio, a partire dai singoli amminoacidi.
• Un organismo non può utilizzare proteine già pronte
ricavandole dagli organismi di cui si nutre.
• Le proteine presenti nel nutrimento vengono digerite, ossia
scomposte nei singoli amminoacidi. Questi amminoacidi
possono essere utilizzati per formare le nuove proteine.
• Alcuni amminoacidi possono essere costruiti dalla cellula
attraverso specifiche vie anaboliche.
• Altri amminoacidi devono essere assunti
obbligatoriamente con il nutrimento, in quanto mancano le
vie metaboliche specifiche: questi amminoacidi si
chiamano “essenziali”.
• Quando la cellula ha tutti gli amminoacidi
che servono, come fa a costruire una
proteina?
• Gli amminoacidi devono essere legati fra
loro (legame peptidico) per formare i
polipeptidi della proteina.
• La sequenza degli amminoacidi di ogni
polipeptide non è casuale, ma deve
corrispondere alla struttura primaria
della proteina.
• Come si fa a creare la giusta sequenza di
amminoacidi?
• Questa è la questione che sta alla base
della vita di ogni cellula.
• Ora vedremo come la sequenza dei
nucleotidi nel DNA viene utilizzata per
creare la giusta sequenza di amminoacidi
nei polipeptidi delle proteine.
• Il DNA si trova in forma di doppia elica:
due filamenti paralleli sono appaiati in
base al principio delle basi complementari.
• All’interno della lunga sequenza del DNA,
suddivisa nei vari cromosomi (46
nell’uomo), sono disposti dei “segmenti”
ciascuno dei quali serve per la costruzione
di un singolo polipeptide: questi segmenti
sono i geni.
Un esempio: il gene
dell’emoglobina umana (2052 bp)
•
GGGACACCTCGGTGTGGGATCCCAACCGGTTAGATGAGGGTCCTCGTCCCTCCCGTCCTCGGTCCCGA
CCCGTATTTTCAGTCCCGTCTCGGTAGATAACGAATGTAAACGAAGACTGTGTTGACACAAGTGATCGTTG
GAGTTTGTCTGTGGTACCACGTGGACTGAGGACTCCTCTTCAGACGGCAATGACGGGACACCCCGTTCC
ACTTGCACCTACTTCAACCACCACTCCGGGACCCGTCCAACCATAGTTCCAATGTTCTGTCCAAATTCCTC
TGGTTATCTTTGACCCGTACACCTCTGTCTCTTCTGAGAACCCAAAGACTATCCGTGACTGAGAGAGACG
GATAACCAGATAAAAGGGTGGGAAGCCGACGACCACCAGATGGGAACCTGGGTCTCCAAGAAACTCAGG
AAACCCCTAGACAGGTGAGGACTACGACAATACCCGTTGGGATTCCACTTCCGAGTACCGTTCTTTCACG
AGCCACGGAAATCACTACCGGACCGAGTGGACCTGTTGGAGTTCCCGTGGAAACGGTGTGACTCACTC
GACGTGACACTGTTCGACGTGCACCTAGGACTCTTGAAGTCCCACTCAGATACCCTGGGAACTACAAAA
GAAAGGGGAAGAAAAGATACCAATTCAAGTACAGTATCCTTCCCCTCTTCATTGTCCCATGTCAAATCTTAC
CCTTTGTCTGCTTACTAACGTAGTCACACCTTCAGAGTCCTAGCAAAATCAAAGAAAATAAACGACAAGTAT
TGTTAACAAAAGAAAACAAATTAAGAACGAAAGAAAAAAAAAGAAGAGGCGTTAAAAATGATAATATGAATT
ACGGAATTGTAACACATATTGTTTTCCTTTATAGAGACTCTATGTAATTCATTGAATTTTTTTTTGAAATGTGT
CAGACGGATCATGTAATGATAAACCTTATATACACACGAATAAACGTATAAGTATTAGAGGGATGAAATAAAA
GAAAATAAAAATTAACTATGTATTAGTAATATGTATAAATACCCAATTTCACATTACAAAATTATACACATGTGTA
TAACTGGTTTAGTCCCATTAAAACGTAAAGATTAAAATTTTTTACGAAAGAAGAAAATTATATGAAAAAACAA
ATAGAATAAAGATTATGAAAGGGATTAGAGAAAGAAAGTCCCGTTATTACTATGTTACATAGTACGGAGAAA
CGTGGTAAGATTTCTTATTGTCACTATTAAAGACCCAATTCCGTTATCGTTATAAAGACGTATATTTATAAAGA
CGTATATTTAACATTGACTACATTCTCCAAAGTATAACGATTATCGTCGATGTTAGGTCGATGGTAAGACGAA
AATAAAATACCAACCCTATTCCGACCTAATAAGACTCAGGTTCGATCCGGGAAAACGATTAGTACAAGTATG
GAGAATAGAAGGAGGGTGTCGAGGACCCGTTGCACGACCAGACACACGACCGGGTAGTGAAACCGTTT
CTTAAGTGGGGTGGTCACGTCCGACGGATAGTCTTTCACCACCGACCACACCGATTACGGGACCGGGTG
TTCATAGTGATTCGAGCGAAAGAACGACAGGTTAAAGATAATTTCCAAGGAAACAAGGGATTCAGGTTGAT
GATTTGACCCCCTATAATACTTCCCGGAACTCGTAGACCTAAGACGGATTATTTTTTGTAAATAAAAGTAAC
GTTACTACATAAATTTAATAAAGACTTATAAAATGATTTTTCCCTTACACCCTCCAGTCACGTAAATTTTGTAT
TTCTTTACTACTCGACAAGTTTGGAACCCTTTTATGTGATATAGAATTTGAGGTACTTTCTTCCACTCCGAC
GTTGGTCGATTACGTGTAACCGTTGTCGGGGACTACGGATACGGAATAAGTAGGGAGTCTTTTCCTAAGA
ACATCTCCGAACTAAACGTCCAATTTCAAAACGATACGACATAAAATGTAATGAATAACAAAATCGACAGGA
GTACTTACAGAAAAGTGATGGGTAAACGAATAGGACGTAGAGAGAGTCGGAACTGA
La trascrizione
• La doppia elica
del DNA viene
“aperta” in
corrispondenza
del gene che
deve essere
utilizzato per
sintetizzare la
proteina.
• UNO dei due
filamenti viene
“trascritto” sotto
forma di RNA
complementare:
si ottiene il
mRNA, o RNA
messaggero.
Lo splicing
• Dal mRNA trascritto primario vengono tagliati ed eliminati dei
segmenti interni (INTRONI).
• Gli ESONI, ossia i segmenti rimanenti vengono uniti per
formare l’mRNA maturo.
La traduzione
• Il messaggero maturo esce dal nucleo e si
lega ad uno o più ribosomi, i quali servono
alla sintesi della proteina: essi formano i
legami peptidici fra gli amminoacidi,
scegliendo per ciascuna posizione
l’amminoacido giusto.
• La corrispondenza fra “triplette” di
nucleotidi e amminoacidi è il CODICE
GENETICO.
Il codice genetico
Il tRNA
• L’RNA di
trasporto è la
molecola
decisiva che
associa a
ciascuna
tripletta del
mRNA un
amminoacido
ben preciso e
nessun altro,
secondo il
codice
genetico.
La formazione del polipeptide
I segnali di inizio e fine
• Il ribosoma incomincia a “tradurre” il
messaggero a partire da una tripletta “fissa”:
AUG. Questa tripletta corrisponde
all’amminoacido Metionina (Met), tuttavia questa
prima Metionina è modificata, e viene in seguito
tolta dal polipeptide.
• Il ribosoma prosegue a legare gli amminoacidi
fino a quando non incontra una tripletta di
terminazione, o “non-senso”: UAA, UAG, UGA.
• A questo punto si stacca e libera il polipeptide
che va a formare la proteina.