CONCETTI DI BASE LA BIOLOGIA MOLECOLARE E’ UNA BRANCA DELLA BIOLOGIA CHE STUDIA LE BASI MOLECOLARI DELLE FUNZIONI BIOLOGICHE, PONENDO UNA PARTICOLARE ATTENZIONE A QUEI PROCESSI CHE COINVOLGONO GLI ACIDI NUCLEICI. ARGOMENTI CENTRALI DELLA BIOLOGIA MOLECOLARE SONO AD ESEMPIO: 1. LO STUDIO DELLA STRUTTURA TRIDIMENSIONALE DELLE MACROMOLECOLE BIOLOGICHE (DNA, RNA E PROTEINE) 2. L’ANALISI DELLE RELAZIONI ESISTENTI TRA LA STRUTTURA TRIDIMENSIONALE DI PROTEINE ED ACIDI NUCLEICI E LE FUNZIONI BIOLOGICHE DA ESSI SVOLTE 3. LE INTERAZIONI MOLECOLARI 4. LO STUDIO DEI GENOMI E DEI LORO MECCANISMI DI REPLICAZIONE 5. I PROCESSI DI TRASCRIZIONE E TRADUZIONE DELL’INFORMAZIONE GENICA VA INOLTRE EVIDENZIATO CHE IN SENO ALLA BIOLOGIA MOLECOLARE SI SONO SVILUPPATE NUMEROSE IMPORTANTI METODICHE, COMPLESSIVAMENTE NOTE COME METODICHE DEL DNA RICOMBINANTE O TECNOLOGIE RICOMBINANTI, CHE CONSENTONO LA RIVELAZIONE, L’ANALISI E LA MANIPOLAZIONE DEGLI ACIDI NUCLEICI. QUESTE METODICHE HANNO MOLTEPLICI POTENZIALITA’ APPLICATIVE E PER QUESTO SONO STATE ESPORTATE IN MOLTI ALTRI CAMPI DELLA BIOLOGIA E DELLA MEDICINA, CONTRIBUENDO TRA L’ALTRO ALLA NASCITA DELLE BIOTECNOLOGIE. PRINCIPALI APPLICAZIONI DELLE METODICHE DEL DNA RICOMBINANTE: •FARMACI E VACCINI RICOMBINANTI •DIAGNOSTICA CLINICA (MALATTIE INFETTIVE, MALATTIE EREDITARIE) •ANALISI MEDICO-FORENSI •TERAPIA GENICA •TIPIZZAZIONE DI SPECIE ANIMALI E VEGETALI •ENZIMI STABILIZZATI PER APPLICAZIONI INDUSTRIALI •GENOMICA FUNZIONALE •MIGLIORAMENTO GENETICO DI SPECIE ANIMALI E VEGETALI LA NASCITA DELLA BIOLOGIA MOLECOLARE SI PUO’ FARE RISALIRE AL 1953, QUANDO JAMES WATSON E FRANCIS CRICK DEFINIRONO LA STRUTTURA TRIDIMENSIONALE DEL DNA. PROGRAMMA DEL CORSO GLI ACIDI NUCLEICI SONO MOLECOLE POLIMERICHE LINEARI FORMATE DA NUCLEOTIDI. ESSI COMPRENDONO: •ACIDO RIBONUCLEICO O RNA •ACIDO DEOSSIRIBONUCLEICO O DNA FIGURA 3.2A GENOMI II FIGURA 2.1 GENOMI II FIGURA 1.1 GENOMI II: LOCALIZZAZIONE DEL DNA NELLA CELLULA EUCARIOTICA I MITOCONDRI SONO ORGANULI SEMIAUTONOMI, DOTATI DI UN PROPRIO GENOMA, PROPRI RIBOSOMI E PROPRI RNA DI TRASPOSTO PER OPERARE LA SINTESI PROTEICA. FIGURA 1.22 GENOMI II NON TUTTE LE PROTEINE MITOCONDRIALI SONO SINTETIZZATE NEI MITOCONDRI. ALCUNE DI ESSE SONO CODIFICATE DAL GENOMA NUCLEARE E SONO SINTETIZZATE NEL CITOPLASMA PER POI ESSERE INDIRIZZATE AI MITOCONDRI FIGURA 2.3 GENOMI II: LOCALIZZAZIONE DEL DNA NELLA CELLULA PROCARIOTICA TABELLA 8.1 GENOMI III TABELLA 8.3 FONDAMENTI DI BIOL. MOL. FIGURA 44.2 DULBECCO-VIROLOGIA. NEI VIRUS IL GENOMA PUO’ ESSERE A DNA O AD RNA FIGURA 1.4 GENOMI II POSSIBILI DEFINIZIONI DI GENE: •UN SEGMENTO DI DNA CHE CODIFICA UNA PROTEINA (SI PUO’ APPLICARE SOLO AI GENI CODIFICANTI) •UN SEGMENTO DI DNA TRASCRITTO IN UNA MOLECOLA DI RNA FUNZIONALE (TALE DEFINIZIONE COMPRENDE ANCHE I GENI RIBOSOMALI, I GENI DEGLI RNA DI TRASPORTO, I GENI DEI MICRORNA) PER INFORMAZIONE GENICA SI INTENDE L’ESATTA SEQUENZA DELLE BASI DELL’ACIDO NUCLEICO. DOGMA CENTRALE DELLA BIOLOGIA: DNA REPLICAZIONE TRASCRIZIONE RNA TRADUZIONE PROTEINE PER GENOMA SI INTENDE L’INTERO CONTENUTO DI DNA DI UNA CELLULA O DI UN INDIVIDUO. IL TRASCRITTOMA RAPPRESENTA L’INTERO CONTENUTO DI mRNA DI UNA CELLULA CIOE’ L’INSIEME DEI TRASCRITTI CODIFICANTI. PER PROTEOMA SI INTENDE IL CONTENUTO PROTEICO COMPLESSIVO DI UNA CELLULA. FIGURA 3.1 GENOMI II IN UN ORGANISMO PLURICELLULARE I DIFFERENTI TIPI CELLULARI POSSEGGONO LO STESSO GENOMA MA DIFFERENTI TRASCRITTOMI E PROTEOMI, CIASCUNO DEI QUALI DEFINISCE UN PARTICOLARE ASSETTO STRUTTURALE E METABOLICO. UNITA’ DI MISURA DELLA LUNGHEZZA PIU’ UTILIZZATE IN BIOLOGIA MOLECOLARE (QUELLE IN ROSSO) m mm = 10-3 -6 μm = 10 m m -9 nm = 10 m Å = 10-10 m UNITA’ DI MISURA DEL PESO PIU’ UTILIZZATE IN BIOLOGIA MOLECOLARE g -3 mg = 10 -6 μg = 10 ng = 10-9 g g g UNITA’ DI MISURA DEL VOLUME PIU’ UTILIZZATE IN BIOLOGIA MOLECOLARE l (litro) ml μl -3 = 10 -6 = 10 l l 3 = 1 cm 3 = 1 mm DATO CHE IL DNA E’ FORMATO DA DUE FILAMENTI POLINUCLEOTIDICI, LA LUNGHEZZA DELLE MOLECOLE E’ ESPRESSA IN TERMINI DI COPPIE DI BASI O “bp” (BASE PAIRS). DNA MOLTO LUNGHI SONO MEGLIO DESCRITTI INTERMINI DI kb (CHILOBASE) = 1.000 bp Mb (MEGABASE) = 1.000.000 bp Gb (GIGABASE) = 1.000.000.000 bp TABELLA 2.1 GENOMI II NELL’UOMO I GENI SONO GENERALMENTE MOLTO DISTANTI GLI UNI DAGLI ALTRI E LA PORZIONE DEL GENOMA CHE CODIFICA PROTEINE E’ PARI A CIRCA IL 5 %. ASPETTI ORGANIZZATIVI LE DIAPOSITIVE DELLE LEZIONI SI POSSONO SCARICARE DAL SITO WEB DEL DIPARTIMENTO DI SCIENZE E TECNOLOGIE AMBIENTALI, BIOLOGICHE E FARMACEUTICHE http://www.distabif.unina2.it ENTRATI NELL’AREA DOWNLOAD, SELEZIONARE LA CARTELLA “RUSSO” DA CUI POSSONO ESSERE SCARICATI GLI APPUNTI MODALITA’ DI SVOLGIMENTO DEGLI ESAMI ORARIO DELLE LEZIONI ORARIO DI RICEVIMENTO DEGLI STUDENTI