LEGAME FOSFODIESTERICO: Ogni filamento di DNA è costituito da una sequenza di nucleotidi uniti da legami covalenti tra il gruppo fosfato e in carbonio in posizione 3 dello zucchero del nucleotide che lo precede. Le due catene nucleotidiche che costituiscono una molecola di DNA sono appaiate in maniera complementare *appaiamento = i due filamenti di Dna si uniscono mediante legami ad idrogeno tra coppie di basi azotate *complementari = la timina T si appaia solo con l’adenina A e la guanina G solo con la citosina C Oltre al vincolo della complementarietà, c’è una altra regola che vincola l’appaiamento delle basi azotate: i legami ad idrogeno si formano solo se i due filamenti sono antiparalleli (5’⇝ 3’, 3’⇝ 5’) *antiparalleli = orientati in direzione opposta Lo scheletro zucchero-fosfato fornisce stabilità strutturale, mentre le informazioni genetiche sono contenute nella sequenza lineare di basi azotate. La duplicazione del DNA La duplicazione del DNA è detta semiconservativa perché in ciascuna delle molecole duplicate è contenuto un filamento originario e un filamento nuovo, costruito usando il filamento vecchio come stampo. La duplicazione semiconservativa è possibile grazie alla complementarietà delle basi ed è molto vantaggiosa per la cellula. Avviene soltanto quando la cellula è in procinto di dividersi e solo se sono disponibili i giusti elementi: ❖ nucleotidi per in nuovi filamenti ❖ enzimi specifici ❖ proteine per impedire la chiusura della doppia elica ❖ un primer, ovvero un breve filamento di RNA ❖ energia ❖ presenza molecola di DNA che funga da stampo *enzimi = catalizzatori biologici, che permettono reazioni chimiche altrimenti impossibili * RNA = acido ribonucleico. A differenza del DNA ha come zucchero il ribosio, presenta l’uracile al posto della timina ed è formato da un singolo filamento La duplicazione avviene in due fasi l’APERTURA e la SINTESI: 1) Nella fase di apertura la molecola di DNA si despiralizza, grazie all’enzima dell’elicasi e viene aperta in punto preciso, chiamato sito d’origine (ce ne sono tanti, circa 10000), in corrispondenza del quale si forma una bolla di duplicazione. Qui appositi enzimi rompono i legami a idrogeno tra basi complementari e i due filamenti si allontanano l’uno dall’altro, esponendo le basi azotate. La presenza di specifiche proteine (single strand binding proteins) impedisce alla molecola di richiudersi; nel contempo si forma una forcella di duplicazione che si apre progressivamente mentre si avvia la fase di sintesi 2) La fase di sintesi è contraddistinta da una serie di eventi - Dapprima nuovi nucleotidi provenienti dal citoplasma si avvicinano al sito d’origine e si appaiano alle basi che sporgono dai due filamenti separati (=filamenti stampo) rispettando la regola della complementarietà - Entrano quindi in campo enzimi molto complessi, chiamati DNA polimerasi, che sintetizzano i nuovi filamenti unendo uno dopo l’altro i nucleotidi allineati. La DNA polimerasi però, non è in grado sintetizzare un filamento dal nulla; può solamente aggiungere nucleotidi ad un filamento preesistente. - Perciò è necessario l’intervento di uno specifico enzima la RNA primasi che sintetizza un breve frammento di RNA complementare allo stampo, chiamato primer. La DNA polimerasi si appoggia quindi sul filamento stampo e sul primer, al quale aggiunge uno per uno i nucleotidi . La sintesi dei due filamenti procede però in verso opposto e a velocità diverse, perchè la DNA polimerasi può aggiungere nucleotidi solo in direzione 5’-3’. Il filamento che viene sintetizzato in maniera continua ( quindi in direzione 5’-3’) è chiamato filamento guida e necessita un solo primer; mentre la sintesi dell’altro filamento, detto filamento in ritardo(più lento e in direzione “sbagliata”), avviene attraverso la produzione di piccoli frammenti, detti frammenti di Okazaki, che poi vengono uniti insieme. In questo caso ogni frammento necessità il proprio primer. Dal DNA alle proteine Nel DNA sono contenuti i geni,sequenze lineari di basi azotate,, che custodiscono le informazioni per sintetizzare una specifica catena polipeptidica; per rendere operative queste informazioni è però necessario l’intervento di un’altro acido nucleico, l’RNA. Inoltre, la catena polipeptidica non è mai costruita direttamente sul gene, cioè sul DNA: gli amminoacidi vengono assemblati nei ribosomi. Affinché da un gene possa essere creata una proteina è necessario l’intervento di tre tipi di RNA: - l’RNA messaggero o mRNA = copia la sequenza di basi azotate di un gene e trasferisce l’informazione ai ribosomi (filamento singolo); - l’RNA transfer o tRNA = trasporta gli amminoacidi dal citoplasma al ribosoma e svolge una funzione di adattatore, poiché li colloca secondo la sequenza indicata nel gene; - l’RNA del ribosoma o rRNA = è utilizzato per costruire la struttura interna del ribosoma e facilita la formazione del legame tra gli amminoacidi Questi agiscono nel corso di un un processo in due passaggi: trascrizione e traduzione. ● La trascrizione avviene in quattro fasi ( riconoscimento e inizio, allungamento, terminazione, maturazione) e porta alla sintesi di un filamento singolo di mRNA complementare alle sequenza nucleotidica del gene ● - Durante la traduzione la sequenza nucleotidica dell’mRNA viene decodificata per ottenere una sequenza di amminoacidi che formeranno la proteina codificata dal gene di partenza. La traduzione, detta anche sintesi proteica, ha luogo nei ribosomi, composti da una subunità minore a cui si attacca l’mRNA e da una subunità maggiore che accoglie i tRNA e catalizza la formazione del legame tra gli amminoacidi; il processo avviene in tre fasi: inizio, allungamento, e terminazione. Il meccanismo di lettura che indica quali e quante basi azotate codificano uno specifico amminoacido è detto codice genetico. Il codice genetico è un codice a triplette: ogni tripletta è composta da una sequenza di tre basi azotate del mRNA. Le triplette sono dette codoni; il codice genetico comprende 64 codoni e presenta tre proprietà : è universale = le triplette hanno il medesimo significato in quasi tutti gli esseri viventi è ridondante = molti codoni vengono tradotti nel medesimo amminoacido alcune triplette sono usate come elementi di punteggiatura per stabilire dove inizia e termina la lettura del mRNA = per evitare errori c’è una tripletta che funge come segnale d’inizio, mentre alcune triplette fungono da segnale di termine Inoltre è necessario l’intervento di un’altro tipo di RNA, il tRNA che mette in relazione i codoni dell’mRNA con gli amminoacidi da essi codificati. Ogni molecola di tRNA presenta : - un sito d’attacco a cui si può unire, con l’aiuto di un enzima, un solo tipo di amminoacido che viene trasportato dal citoplasma fino al ribosoma; - un sito d’appaiamento, dove sono presenti tre basi azotate sporgenti verso l’esterno che si possono appaiare a una specifica tripletta di basi dell’mRNA ( = anticodone) complementare al codone dell’mRNA che codifica quell’amminoacido Le mutazioni Il genoma di un organismo è l’insieme dei geni presenti in una sua cellula e da esso dipende il proteoma, cioè l’insieme delle proteine prodotte dalle cellule in base al codice genetico. Attraverso il processo di trascrizione e traduzione, le cellule convertono le informazioni contenute nei geni in proteine necessarie alla vita. A volte accade però che la sequenza di basi del DNA presenti delle alterazioni: un’alterazione permanente del DNA che riguarda la sequenza di basi di uno o più geni oppure la composizione del genome nel suo complesso prende il nome di mutazione. Queste mutazioni possono avvenire sia nelle cellule germinali sia in quelle somatiche: ● le mutazioni delle cellule somatiche possono avere conseguenze (in genere negative) sulla salute dell’organismo, ma non vengono trasmesse alle generazioni successive ● le mutazioni delle cellule riproduttive non hanno alcun effetto sul portatore, ma possono essere trasmesse alla prole che potrà a sua volta trasmetterle alla discendenza In ogni caso, sia che si tratti di cellule somatiche o riproduttive, le mutazioni influenzano il processo della sintesi proteica: la sequenza alterata di un gene è sempre trascritta in un mRNA a sua volta modificato. *Sebbene gli effetti delle mutazioni siano spesso negativi, c’è un fatto paradossale e sorprendente di cui tenere conto: le mutazioni sono indispensabili per l’evoluzione. Tutte le caratteristiche genetiche degli organismi oggi viventi sono comparse per la prima volta a causa di mutazioni trasmesse alle generazioni successive Le mutazioni possono essere suddivise in due grandi categorie: mutazioni puntiformi e anomalie cromosomiche. ● le mutazioni puntiformi interessano porzioni limitate del DNA e possono riguardare la sostituzione, l’inserzione di una o più coppie di basi. - l’inserzione o l’eliminazione di una base azotata porta ad un completo sfasamento delle triplette: la sequenza di amminoacidi codificata sarà quindi errata a causa delle variazione nella sequenza di lettura → più dannose - le mutazioni per sostituzione sono spesso silenti ( spesso se riguarda terza base del codone), cioè senza effetti, in particolare se la tripletta modificata è un sinonimo di quella originale, ossia codifica per lo stesso amminoacido ● le anomalie cromosomiche sono alterazioni nell’organizzazione dei geni su un cromosoma; non interessano solo una breve sequenza nucleotidica ma interi segmenti del DNA. Possono essere di varie genere: - l’eliminazione di un’intera sezione del DNA (= mancanza proteina) - la traslocazione di un gene da una regione all’altra del cromosoma o da un cromosoma all’altro (= potrebbe non avere conseguenze, ma se si inserisce tra due geni potrebbe accentuare o reprimere l’azione di altri geni) - la duplicazione di un gene che andrà inserirsi in altre parti delle stesso o di altri cromosomi (= gravi conseguenze per ex. Sindrome di Down) Le mutazioni possono avvenire spontaneamente oppure possono essere provocate da fattori ambientali, chiamati agenti mutageni ● le mutazioni spontanee sono causate da errori nella duplicazione del DNA o da un’errata distribuzione dei cromosomi nelle cellule figlie durante la divisione cellulare ● le mutazioni indotte da agenti mutageni come le radiazioni elettromagnetiche ( raggi X e raggi UV) e le radiazioni nucleari ( raggi alfa). Sono mutagene anche le sostanze chimiche, come quelle contenute nel fumo di sigaretta e nei gas di scarico, oppure i virus.
