David Sadava David H Hillis H Craig Heller

David Sadava, David H. Hillis H. Craig Heller, Sally Hacker La nuova biologia. blu Seconda edizione

Capitolo B 2 Il linguaggio della vita Sadava et al, La nuova biologia. blu – © Zanichelli 2020

Temi del capitolo Sadava et al, La nuova biologia. blu – © Zanichelli 2020

1. I geni sono fatti di DNA /1 La scoperta del materiale ereditario iniziò con l’identificazione della nucleina, ma richiese numerosi studi per individuare la composizione e la struttura del DNA. Sadava et al, La nuova biologia. blu – © Zanichelli 2020

1. I geni sono fatti di DNA /2 Griffith scoprì che una sostanza contenuta in cellule batteriche morte trasformava geneticamente altre cellule vive e la chiamò fattore di trasformazione. Sadava et al, La nuova biologia. blu – © Zanichelli 2020

1. I geni sono fatti di DNA /3 Partendo dall’esperimento di Griffith, Avery dimostrò che la molecola in grado di indurre la trasformazione batterica era il DNA degli pneumococchi virulenti e non una proteina. Tuttavia la sua scoperta non riuscì a convincere tutta la comunità scientifica. Sadava et al, La nuova biologia. blu – © Zanichelli 2020

1. I geni sono fatti di DNA /4 Utilizzando i batteriofagi, Hershey e Chase conclusero che era il DNA a entrare nei batteri, modificandone il programma genetico. Sadava et al, La nuova biologia. blu – © Zanichelli 2020

1. I geni sono fatti di DNA /5 Sadava et al, La nuova biologia. blu – © Zanichelli 2020

Rispondi 1. Che differenze ci sono tra i due esperimenti condotti da Avery? 2. Perché Hershey e Chase usarono i batteriofagi nel loro esperimento? 1. Gli pneumococchi sono virulenti se dotati / privi di capsula. 2. Nell’esperimento di Hershey e Chase, il DNA era marcato con …. . . . . Ora tocca a te I fagi sono tra i materiali di studio preferiti dai biologi molecolari: raccogli informazioni sulla loro scoperta e su come hanno assunto questo ruolo nella ricerca. Sadava et al, La nuova biologia. blu – © Zanichelli 2020 ACTIVE LEARNING Scegli le parole

2. La struttura del DNA /1 Gli studi dei biofisici Franklin e Wilkins, con la cristallografia a raggi X, permisero di individuare la struttura del DNA. Sadava et al, La nuova biologia. blu – © Zanichelli 2020

2. La struttura del DNA /2 Gli studi di Chargaff aggiunsero un importante tassello alla scoperta della composizione chimica del DNA. In tutte le specie, la quantità di adenina è uguale alla quantità di timina (A = T) e la quantità di guanina è uguale alla quantità di citosina (G = C). Di conseguenza la quantità totale delle purine (A + G) è uguale a quella delle pirimidine (T + C). Sadava et al, La nuova biologia. blu – © Zanichelli 2020

2. La struttura del DNA /3 Il modello tridimensionale elaborato da Watson e Crick riuniva tutti i dati raccolti sul DNA e ne svelava la struttura a doppia elica. Sadava et al, La nuova biologia. blu – © Zanichelli 2020

2. La struttura del DNA /4 La molecola del DNA è costituita da due catene polinucleotidiche appaiate tra loro, che formano una doppia elica. Ha tre importanti caratteristiche: 1. le due catene sono complementari e antiparallele; 2. i legami tra i due filamenti sono legami a idrogeno; 3. l’elica ha diametro costante e avvolgimento destrogiro. Sadava et al, La nuova biologia. blu – © Zanichelli 2020

2. La struttura del DNA /5 Sadava et al, La nuova biologia. blu – © Zanichelli 2020

2. La struttura del DNA /6 La variabilità della sequenza e la complementarietà delle basi azotate consentono al DNA di essere il depositario dell’informazione genetica e di replicarsi durante il ciclo cellulare. Sadava et al, La nuova biologia. blu – © Zanichelli 2020

Rispondi 1. Che cosa significa che le due catene del DNA sono antiparallele? 2. Perché nel modello di Watson e Crick si parla di doppia elica? Scegli le parole Ora tocca a te Costruisci un modellino tridimensionale di un filamento a doppia elica di DNA. Utilizza i materiali che preferisci e assicurati che siano rispettate le caratteristiche della molecola. DATI IN AGENDA Insospettabili DNA 1. DIMMI LA TUA! Rivalità tra scienziati Sadava et al, La nuova biologia. blu – © Zanichelli 2020 ACTIVE LEARNING 1. Rosalind Franklin studiava il DNA tramite immagini prese ai raggi X / all’UV. 2. Le due catene del DNA sono unite tramite legami covalenti / a idrogeno.

3. La replicazione del DNA /1 L’esperimento di Kornberg dimostrò che per sintetizzare nuovo DNA sono sufficienti i nucleotidi, la DNA polimerasi e un filamento stampo. Sadava et al, La nuova biologia. blu – © Zanichelli 2020

3. La replicazione del DNA /2 L’esperimento di Meselson e Stahl rivelò definitivamente che il DNA si replica secondo un modello semiconservativo. Sadava et al, La nuova biologia. blu – © Zanichelli 2020

3. La replicazione del DNA /3 La replicazione del DNA prevede la separazione dei filamenti del DNA stampo e l’allungamento dei filamenti neosintetizzati per aggiunta di nucleotidi all’estremità 3’. Sadava et al, La nuova biologia. blu – © Zanichelli 2020

3. La replicazione del DNA /4 Il DNA si replica solo in presenza di un grosso complesso di replicazione costituito da diverse proteine con funzioni differenti. Molte di queste proteine sono enzimi, come l’elicasi che denatura i due filamenti del DNA. Sadava et al, La nuova biologia. blu – © Zanichelli 2020

3. La replicazione del DNA /5 Il complesso di replicazione avvia la sintesi di nuovo DNA a partire da un punto specifico della sequenza chiamato ori. Da questo punto il DNA comincia a svolgersi in due forcelle di replicazione distinte, che faranno entrambe da stampo ai nuovi filamenti. Sadava et al, La nuova biologia. blu – © Zanichelli 2020

3. La replicazione del DNA /6 Le DNA polimerasi aggiungono un nucleotide per volta all’estremità 3’ e questo comporta che la sintesi del filamento lento proceda in modo discontinuo. I segmenti discontinui sono chiamati frammenti di Okazaki. Sadava et al, La nuova biologia. blu – © Zanichelli 2020

3. La replicazione del DNA /7 Nella maggior parte delle cellule, i cromosomi si accorciano a ogni replicazione. Per questo, in molti eucarioti le estremità dei cromosomi portano sequenze ripetitive chiamate telomeri. Nelle cellule staminali le telomerasi estendono il telomero e impediscono l’accorciamento del cromosoma. Sadava et al, La nuova biologia. blu – © Zanichelli 2020

3. La replicazione del DNA /8 Sadava et al, La nuova biologia. blu – © Zanichelli 2020

3. La replicazione del DNA /9 Durante la replicazioni possono avvenire errori, ma le cellule hanno almeno tre meccanismi di riparazione: 1. una correzione di bozze (proofreading) che corregge gli errori della DNA polimerasi; 2. una riparazione delle anomalie di appaiamento (mismatch repair); 3. una riparazione per escissione che rimuove le basi anomale e le sostituisce con basi funzionali. Queste riparazioni sono svolte dalla DNA polimerasi e da altre proteine. Sadava et al, La nuova biologia. blu – © Zanichelli 2020

3. La replicazione del DNA /10 Sadava et al, La nuova biologia. blu – © Zanichelli 2020

Rispondi 1. Che cosa si intende per replicazione semiconservativa? 2. Che cos’è il complesso di duplicazione e come funziona? 3. Per quale ragione si formano i cosiddetti «frammenti di Okazaki» ? 4. Quali sono le prime tappe della replicazione del DNA? 1. Le molecole su cui agisce la DNA polimerasi sono basi azotate /desossiribonucleotidi trifosfati. 2. Grazie al …. . . . . , gli errori fatti dalla polimerasi possono essere corretti. 3. Le estremità dei cromosomi si dicono telomeri / primer. Ora tocca a te Nel loro esperimento, i genetisti Meselson e Stahl hanno utilizzato isotopi più «pesanti» e più «leggeri» . Secondo te avrebbero potuto usare al loro posto isotopi radioattivi come avevano fatto Hershey e Chase? Se sì, descrivi come avrebbero potuto strutturare il loro esperimento; in caso contrario, giustifica e spiega il perché. Sadava et al, La nuova biologia. blu – © Zanichelli 2020 ACTIVE LEARNING Scegli le parole

4. Il materiale genetico e l’evoluzione della vita /1 I ribozimi sono molecole di RNA con capacità di catalizzare alcune reazioni. Secondo alcune teorie, all’origine della vita esistevano ribozimi in grado di autocatalizzare la loro stessa sintesi. Sadava et al, La nuova biologia. blu – © Zanichelli 2020 EVOLUZIONE L’ipotesi del mondo a RNA sostiene che la prima molecola in grado di autoreplicarsi fosse l’RNA.

4. Il materiale genetico e l’evoluzione della vita /2 Un DNA che subisce errori e modificazioni durante la replicazione crea variabilità su cui può agire l’evoluzione attraverso la selezione naturale. Sadava et al, La nuova biologia. blu – © Zanichelli 2020 EVOLUZIONE Il probabile passaggio dall’RNA al DNA ha permesso una maggiore stabilità del materiale ereditario, ma mantenere un certo livello di instabilità è fondamentale per l’evoluzione della vita.

Rispondi Scegli le parole 1. Nelle cellule moderne, i …. . . costituiscono un esempio di ribozimi. 2. Negli organismi attuali, le …. . sono una fonte di variabilità. Ora tocca a te Cerca informazioni sulle prime tappe della storia della vita sulla Terra e il mondo a RNA e utilizzale per costruire una linea del tempo o una presentazione multimediale analoga. Sadava et al, La nuova biologia. blu – © Zanichelli 2020 ACTIVE LEARNING 1. Che cos’è un ribozima? 2. Che cosa si intende per «mondo a RNA» ? 3. Quale proprietà fondamentale doveva possedere l’RNA all’origine della vita?