PON C1 DNARNA esperto prof Ciro Formica Immagini

PON C-1 DNA-RNA esperto prof. Ciro Formica Immagini e testi tratti dai website di: genome. wellcome. ac. uk, dnaftb. org, unipv. it, unimi. it, wikipedia. it, unibs. it, unisi. it, unina. it, uniroma 2. it, nih. gov, zanichelli. it, sciencemag. org, ncbi. gov

Nucleotidi Esteri fosforici di un nucleoside formati dalla funzione alcolica –OH di un pentoso (ribosio o deossiribosio) esterificata con una o più molecole di acido fosforico + legame N-glicosidico con una base azotata (purina o pirimidina). Il termine “estere” viene in genere usato per indicare gli esteri alcol+acidi organici, ma si estende anche agli esteri alcol+ acidi inorganici Esempi Acido+ Base forte Sale Acido organico+ alcol Acido inorganico+ alcol Estere organico Estere inorganico CH 3 -COOH + Na. OH Prodotto finale CH 3 -COO-Na Acetato di sodio CH 3 -COOH + CH 3 CH 2 -OH CH 3 -COO-CH 2 CH 3 Acetato di etile Acido fosforico + etanolo Fostato di etile Viene eliminata una molecola di H 2 O come nelle condensazioni 2

Purine e pirimidine ADENINA In posizione 6: NH 2 CITOSINA In posizione 6: NH 2 In posizione 4: C=O GUANINA In posizione 2: NH 2 In posizione 6: C=O URACILE In posizione 4 e 6: C=O TIMINA In posizione 1: CH 3 In posizione 4 e 6: C=O 3

Zuccheri: ribosio e deossiribosio Numerazione degli zuccheri: in senso orario da 1’ a 5’, I primi 4 carboni sull’anello, il 5 fuori dall’anello. Nel DEOSSIRIBOSIO manca un atomo di OSSIGENO in posizione 2’ 4

L’esempio più noto di nucleotide : l’ATP (adenosintrifosfato) Il legame tra il ribosio C 5’ e il fosfato è un processo di ESTERIFICAZIONE, che avviene tra un gruppo acido (fosfato) e un ossidrile (del ribosio), con eliminazione di una molecola di H 2 O. Il legame tra ribosio C 1’ e base azotata avviene con l’azoto N 9. 5

dati sul DNA A G C T A/T G/C A+G/ C+T %G+ C Uomo 31, 0 19, 1 18, 4 31, 5 0, 98 1, 04 1, 00 37, 5 Topo 28, 6 21, 4 21, 7 28, 4 1, 01 0, 99 1, 00 43, 1 Drosophila 27, 3 22, 5 27, 6 0, 99 1, 00 0, 99 45, 0 Mais 25, 6 24, 5 24, 6 25, 3 1, 01 1, 00 49, 9 E. coli 26, 0 24, 9 25, 2 23, 9 1, 09 0, 99 1, 04 50, 1 Percentuale di basi azotate nei DNA di varie specie Dati di Franklin Distanza tra 2 eliche Dati di Pauling 2 nm In caso di legame purina -purina > 2 nm In caso di legame pirimidina-pirimidina < 2 nm appaiamento Dati di Chargaff i filamenti formano una spirale , come per le proteine A-T (31%) G-C (19%) Negli acidi nucleici solo radioattività da 32 P 6

La scoperta della doppia elica del DNA, aprile 1953 Da sinistra: Francis Crick e James Watson nel 1953 davanti al modello di doppia elica 7

Nucleosoma e istoni – da doppia elica a cromosoma oltre l’ 80% di DNA nelle cellule eucariotiche è organizzato sotto forma di nucleosomi ripetuti ognuno dei quali consiste di 200 bp di DNA associate ad un ottametro definito “core” istonico (H 2 A, H 2 B, H 3, H 4) ed un istone “linker” H 1. L’ottamero è organizzato in: tetramero H 32 -H 42 posto al centro del NUCLEOSOMA + 2 eterodimeri H 2 A, H 2 B attorno al tetramero. Gli istoni hanno p. m. 11 -16 k. D, H 3 e H 4 sono conservati dall’evoluzione. Il DNA è organizzato intorno agli istoni con superelica sinistrorsa, 1, 65 giri e 10 -11 bp.

replicazione del DNA proprietà Filamento guida (leading strand) Filamento ritardo (lagging strand) Aggiunta nucleotidi continua (concorde alla forcella) discontinua (opposta alla forcella) Direzione 5’ 3’ Okazaki 100 -200 nucleotidi Primer (innesco) sintetizzato da RNA primasi Punto di attacco Telomeri DNA polimerasi 5’-TTAGGG 3’ X X X unico numerosi X proofreading Sul filamento ritardo non si completa l’ultimo frammento di Okazaki, perciò il cromosoma tende ad accorciarsi, ma i TELOMERI, brevi sequenze alle estremità dei cromosomi 5’TTAGGG 3’, proteggono dall’accorciamento, ma solo per 40 -50 duplicazioni cellulari, finché la cellula va in APOPTOSI e muore. Lò’enzima TELOMERASI sintetizza il DNA telomerico perso durante la duplicazione. 9

Attività enzimatiche della DNA polimerasi Attività Azione svolta Elicasi Srotola l'elica e taglia i legami a idrogeno tra le basi complementari. Primasi Sintesi di una piccola catena ribonucleotidica che fa da innesco o primer (lunghezza 9 -10 nucleotidi) necessaria per promuovere l’aggiunta di altri nucleotidi. Polimerasi Aggiunta di 1 nucleotide per volta al 3' OH della catena in accrescimento Ligasi Unisce i frammenti neosintetizzati (dopo la rimozione enzimatica degli RNA-primer). Nucleasi Corregge gli eventuali errori nell'aggiunta dei nucleotidi Nelle nostre cellule la frequenza di errori nell'incorporazione delle basi è minima, . dell'ordine di 10 -9 -10 -10 (un errore ogni miliardo – uno ogni 10 miliardi di basi), 10

Meselson e Stahl: replicazione semiconservativa Le molecole di DNA in un gradiente di densità ottenuto centrifugando a lungo una soluzione di Cs. Cl galleggiano al punto del gradiente che corrisponde alla loro densità. Per distinguerle, le eliche nuove venivano marcate con 14 N (azoto leggero meno denso), le vecchie con 18 N (pesante, più denso). Dopo la centrifugazione apparivano dei picchi di densità distinti modalità semiconservativa, cioè che ogni doppia elica formata da un’emielica vecchia e una nuova. filamento lento (laggng) e filamento guida (leading) Conclusioni: dopo 2 replicazioni spariscono le eliche “pesanti” e si trovano solo le leggere la replicazione è semiconservativa. 11

m. RNA e trascrizione 12

t. RNA Se il t. RNA contiene una Inosina nell’anticodone in wobble il t. RNA può leggere codoni nel m. RNA che hanno A, U oppure C nella terza posizione. Nella figura è rappresentato l’esempio della Glicina (Gly) 13

Regolazione trascrizione nei procarioti- gli operoni Triptofano. Componenti: operatore (con repressore e co-repressore), promotore, gene regolatore. I geni strutturali dell’operone triptofano (corepressore) codificano per gli enzimi che catalizzano la sua sintesi. Quando il triptofano è presente, non è necessario produrlo: il repressore si lega all’operatore e la trascrizione è bloccata. Il fine è esprimere oppure no il prodotto finale triptofano Lattosio. Componenti: operatore (con induttore), promotore, gene regolatore I geni strutturali dell’operone lattosio (induttore) codificano per gli enzimi per la sua demolizione. Quando è presente il lattosio, il repressore libera l’operatore e la trascrizione è attivata. Il fine è esprimere oppure no il prodotto finale lattosio

I geni interrotti: esoni e introni, lo splicing Splicing: eliminare gli introni lasciando solo gli esoni (porzioni codificanti), poi riassemblare gli esoni. Il fine del differenziamento cellulare è la regolazione genica differenziale, cioè esprimere le proteine (proteoma) che interessano un dato tessuto, organo o 15 apparato

Dimensioni e crescita delle cellule procarioti La crescita batterica è esponenziale: dopo n generazioni ci saranno 2 n batteri. Esempio in 20 generazioni (circa 3 giorni) 220 = 1. 048. 576 batteri Bacilli 16

PCR – reazione a catena della polimerasi DNA stampo 1° ciclo 2° ciclo 3° ciclo 2 copie 4 copie 8 copie 17

Nascita della genetica: Mendel e la pianta di pisello 18

Trasmissione caratteri cromosoma X: emofilia 19