acidi nuclei Flashcards
proposta di Sutton e Boveri
1902
i cromosomi sono alla base dell’eredità
griffith
1928
dimostra l’esistenza del “principio trasformante” ereditabile, contenuto nei batteri che causano la polmonite; nel suo esperimento aveva verificato che questo fattore poteva agire su altre cellule determinando un cambiamento ereditario.
Avery, McLeod e McCarty
1944
scoprono la natura del principio trasformante: dimostrarono che era il DNA, non una proteina.
Vondrely e Bovin
1949
dimostrarono che la quantità di DNA nelle cellule di tutti i tessuti animali è costante, mentre negli spermatozoi è ridotta a metà.
Miescher
1869
isola una sostanza con carattere acido, ricca di fosfato e presente nel nucleo dei globuli bianchi che fanno parte dei pus, che chiamò nucleina.
Levene
1929
trovò che DNA e RNA contenevano basi purifichi e piramidiniche, oltre a fosfato e zucchero ribosio o desossiribosio
costituzione degli acidi nucleici
sono polimeri di nucleotidi che, a loro volta, sono costituiti da un nucleoside (unione di zucchero + base) e da uno o più gruppi fosfato uniti da legatemi covalenti.
nome del nucleoside
viene dal nome della base costituente.
nome del nucleotide
viene ricavato dal nome del nucleoside aggiungendo il termine fosfato.
ex: citosina monofosfato
basi DNA: da cosa derivano
- purina (molecola aromatica eterociclica, perché contiene negli anelli, oltre agli atomi di carbonio, anche quelli di azoto. è costituita da un anello a sei atomi condensato ad uno a 5 atomi)
- piramidina: molecola aromatica eterociclica con 6 atomi nell’anello.
differenza tra ribosio e desossiribosio
desossiribosio manca del gruppo ossidrile in posizione 2’, per cui i derivati saranno i nucleosidi o i desossinucleosidi.
legame N-glicosidico
lega le basi agli zuccheri in posizione 1’ (coinvolge un atomo di azoto).
legame anidridico
lega i diversi gruppi fosfato del nucleotide se questi sono più di uno.
*la rottura di un legame anidrico riduce la densità di carica negativa nella molecola e quindi libera energia.
regola di Chargaff
1950
- la percentuale dei quattro tipi di nucleotidi è sempre la stessa nel DNA di cellule provenienti da tessuti diversi del medesimo individuo;
• la composizione delle molecole di DNA non è influenzata da fattori esterni o dall’età dell’organismo;
• il rapporto tra la percentuale di A e quella di G (le due purine del DNA) varia da una specie all’altra;
• 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) (regola di Chargaff).
dove si trova il DNA
nel nucleo delle cellule eucaristie e negli organelli del mitocondrio cloroplasto.
RNA messaggero (mRNA)
ha il compito di portare l’informazione, contenuta nei geni, dal nucleo al citoplasma, dove è usato per la sintesi proteica.
negli eucarioti prima della maturazione è chiamato hnRNA.
RNA ribosomiale (rRNA)
insieme ad alcune proteine costruisce i ribosomi
RNA transfer (tRNA)
molecola che trasporta i singoli amminoacidi nel ribosoma per la sintesi proteica
snRNA
si trova nello spliceosoma
snoRNA
si trovano nel nucleolo e hanno varie funzioni
microRNA
chiamati anche siRNA che si trovano nel nucleo e nel citoplasma e che hanno la funzione di regolare l’espressione genica, degradando in maniera minare alcuni mRNA o impedendo la traduzione.
rosalind Franklin
1953
pubblicò lo spettro di diffrazione dei raggi X di una fibra di DNA, nella quale si poteva dedurre che la molecola aveva una struttura regolare ripetitiva, diametro costante ed avvolgimento destrogiro.
Watson e Crick
1953
proposero, in Nature, la struttura a doppia elica del DNA, che spiegava il comportamento biologico della molecola, ma la cui conferma avvenne solo nel 1980 da spettri di difrazione a raggi X su cristalli di oligonucleotidi, effettuati nel laboratorio di Dickerson.
conformazione B del DNA
doppia elica come è stata descritta da Watson e Crick.
struttura del DNA
formato da due emilieliche di polinucleotidi antiparalleli avvolti a spirale destra intorno a un asse comune e legati tra loro mediante l’accoppiamento per legame ad idrogeno tra basi complementari appartenenti ai due filamenti.
diametro della doppia elica B del DNA
20 Å
legami guanina-citosina
tre legami ad idrogeno
legami adenina-timina
2 legami ad idrogeno
struttura primaria del DNA
sequenza delle basi in ciascuno dei due filamento
struttura secondaria DNA
conformazione(A,B..) che la doppia elica assume.
da cosa deriva il gruppo fosfato del DNA?
dall’acido fosforico (H3PO4), un acido triprotico con tre ossidrili acidi.
da cosa sono legati i nucleotidi del DNA?
da legami fosfodiesterei che si formano tra due ossidrili acidi con gli ossidrili alcolici degli zuccheri.
perché la struttura a doppia elica è stabile?
- le coppie di basi sono planari essendo tutti i loro atomi ibridizzati sp^2
- gli elettroni dei rimanenti orbitali p, formano legami π demoralizzati, quindi liberi di muoversi su tutta la superficie degli anelli purifichi e piradiminici.
- la mobilità di questi elettroni genera dipoli fluttuanti
- l’interazione tra i dipoli elettrici di una coppia di basi con quelli delle coppie poste al di sopra o al di sotto, genera la forza di stocking (attrazione)
- i dipoli tra G-C sono più forti di quelli tra A-D
uracile
è posto al posto della timina nell’RNA e si differenzia da essa solo per la mancanza di un gruppo metile.
processo di denaturazione del DNA
è cooperativo: avviene in un intervallo ristretto di temperatura, di pH o di concentrazione di dimetilformammide
ibridazione
processo grazie al quale due filamenti di origine diversa, che hanno sequenza complementare, possono appaiarsi per dar luogo ad un’elica regolare
rinaturazione
processo attraverso cui due filamenti che provengono dallo stesso DNA possono riappaiarsi se hanno sequenza complementare.
elettroforesi
- gel: reticolato di molecole molto lunghe che formano pori di dimensioni prestabilite
- si possono separare sia acidi nucleici a doppia elica che quelli a singolo
- molecole + compatte corrono attraverso le magie del gel più velocemente di quelle a forma più aperta
in cosa si trova la diversità di DNA tra due individui?
dalla diversa sequenza di basi
genoma
insieme di geni che costituiscono il DNA
numero di geni nell’uomo
22000 - 33000
numero di coppie di basi del genoma aploide
3.2 x 10^9
cromosomi
complessi molecolari costituiti da DNA e proteine
-23 copie (22 autosomi)
cromosomi omologhi
hanno la sequenza delle basi di DNA molto simile, ma non identica.
da dove deriva il corredo cromosomico umano?
metà dalla madre e metà dal padre.
cromatina
complesso a organizzazione ripetitiva di DNA e proteine
è colorabile
il nucleosoma alla base di questa è costituito da un tratto di 146 coppie di basi di DNA avvolto a spirale sinistrogira intorno ad un complesso formato da 8 proteine (estoni) a due a due uguali.
tipi di istoni
H2A, H2B, H3 e H4
DNA linker
tratto di DNA che lega un nucleosoma ad un altro
eucromatina
cromatina in cui i cromosomi sono visibili.
è facilmente trascrivibile.
eterocromatina
forma condensata di cromatina
eterocromatina costitutiva
sempre presente sotto forma condensata
eterocromatina facoltativa
può presentarsi sotto forma condensata o rilassata.
complessi di rimodellamento
consentono di modificare la forma o la posizione del nucleosoma
epigenetica
è ereditabile sia la sequenza di DNA che la sua disposizione spaziale (ex: corpo di Barr).
scaffold
nucleo centrale proteico che si trova al centro del cromosoma a cui si fissano anse in cui è organizzato il filamento di DNA nei cromosomi.
dogma centrale della biologia
l’informazione passa dal DNA all’RNA (trascrizione) e da questo alle proteine (traduzione).
retrovirus
hanno il genoma formato da RNA e, per riprodursi, hanno bisogno di trasformare l’RNA in DNA mediante la trascrittasi inversa.
replicazione DNA: caratteristiche
- semiconservativo
- nella fase S
- effetuato da DNA polimeri
Meselsin e Sthal
1958/1957
hanno dimostrato il metodo di replicazione del DNA
passaggi della replicazione del DNA
- individuazione de un inizio di replicazione sul DNA
- in corrispondenza degli inizi si formano bolle ai cui terminali si formano due forcelle replicative
- l’enzima elicasi aiuta l’apertura del doppi filamento
- lap rimasi si lega la filamento stampo e sintetizza un RNA prima
- quando il primer è completato, lap rimasi viene rilasciata e la DNA polimerasi si lega e sintetizza nuovo DNA (la DNA polverosi aggiunge un altro desossinucleotide al gruppo -OH in corrispondenza dell’estremità 3’ del filamento in direzione 5’ –» 3’ (i legami tra i gruppi fosfato si rompono per liberare l’energia necessaria alla reazione)
- sul frammento lento vengono prodotti i frammenti di Okazaki che poi vengono uniti dalla DNA ligasi, con consumo di ATP ed un’altra DNA polimerasi riempie gli spazi lasciati dall’RNA primer.
* il DNA scorre attraverso il complesso di duplicazione che rimane stazionario
tropoisomerasi
sono capaci di tagliare filamenti di DNA da replicare e di richiuderli subito dopo aver permesso la rotazione di un filamento rispetto all’altro.
*senza di essa la cellula muore
telomerasi
aggiunge sequenze ripetute (telomeri) ai terminali 3’ di un cromosoma lineare
*sono attive nelle cellule embrionali (e continuano ad essere attivi nei gameti e nel midollo osseo) e poi smettono di funzionare (a meno che non siano cellule tumorali che quindi risecano a continuare a crescere grazie alla presenza di questo enzima)
percentuale di DNA nel genoma
1.5%
introni
sequenze contenute nei geni ma non codificanti
trasposoni
sequenze di DNA capaci sia di replicarsi autonomamente che di staccarsi dal sito dove si trovano e riposizionarsi su altri siti.
McClinton
scoprì i trasposoni e vinse il premio Nobel
differenziamento genetico
processo che permette alle cellule iniziali di un embrione (tutte uguali) di specializzarsi; seleziona i geni da esprimere nelle singole cellula, anche sotto l’influenza dell’ambiente esterno e delle interazioni cellula-cellula.
geni costitutivi
anche detti “housekeeping”, vengono espressi in tutti i tipi cellulari perché governano i processi metabolici basali senza cui una cellula non può vivere, o perché codificano per alcune proteine strutturali presenti in ogni cellula.
espressione di un gene
il gene è ricopiato, mediante la trascrizione, in un numero variabile di filamenti di RNA.
trascrizione
- catalizzata da RNA polimerasi
1. RNA polimerasi si lega al promotore (nei procarioti è una sequenza di DNA situata in prossimità dell’estremità 5’, nei procarioti possiede una sequenza di riconoscimento e il TATA box si trova vicino al sito di inizio) ed inizia a svolgere i filamenti di DNA
2. il DNA funge da stampo per la sintesi di RNA
3. il trascritto di RNA si allontana dal DNA, permettendo ai due filamenti di DNA di riavvolgersi e formare la doppia elica
geni
tratti di DNA di lunghezza variabile.
negli eucarioti sono sempre monocistronici (codificano per un solo polipeptide) e nei procarioti possono essere policistronici.
promotori dei procarioti
è costituito da sequenze, in genere molto semplici, situate a monte dei geni e riconosciute più o meno bene dalla stessa RNA polimeri batterica, che quindi procede alla trascrizione
promotori di eucarioti
sono presenti tre tipi diversi di RNA polimerasi, tutte incapaci di riconoscere il promotore che è costituito da sequenze di basi più o meno distanti da esso (enhancer).
il promotore eucaristico, per attivare il gene che controlla, deve essere prima riconosciuto da particolari proteine (= fattori di trascrizioni).
molecola segnale
si attacca ad una proteina, permettendole di assumere la forma opportuna per attivare un gene.
ex: AMP ciclico, ormoni steroidei.
trasduzione
processo che nei procarioti senza nucleo accoppia la trascrizione di RNA messaggero con il suo utilizzo
maturazione mRNA
- prima di essere trasportato nel citoplasma
- formazione di un cappuccio (protegge RNA dalla degradazione e lo rende riconoscibile per la sintesi proteica)
- aggiunta di una coda di una catena polinucleotidica fatta solo di basi adenine (regolazione della stabilità)
- splicing: si eliminano gli introni (effettuato da spliceosomi)
esone
- un gene inizia e finisce sempre con questo
- pezzi codificanti del gene
endonucleasi e esonucleasi
enzimi che possono tagliare il DNA in vivo o in laboratorio..
tagliano il gruppo fosfodiestereo tra un gruppo fosfato e uno dei due idrossidili degli zuccheri.
esoucleasi: a partire dai terminali
endonucleasi: all’interno della catena
endonucleasi di restrizione/ enzimi di restrizione
tagliano in maniera mirata che sono purificate da batteri e sono capaci di tagliare il DNA a doppio filamento solo in presenza di specifiche sequenze di basi (sequenze di restrizione)
DNA ricombinante
gli enzimi di restrizione tagliano le sequenze di restrizione su sequenze palindromiche (taglio netto o sfalsato).
i due terminali tendono a riassociassi e sono detti appiccicosi.
questi poi vengono legati insieme dagli enzimi ligasi.
organismi transgenici o OGM
organismi che contengono nel loro genoma pezzi di DNA che non gli appartengono e che sono stati ricavati da altre specie.
in cosa consiste la tecnica del DNA ricombinante?
nell’introdurre, mediante enzimi di restrizione e le ligasi, i geni corrispondenti alle proteine da produrre, nel genoma dell’organismo e nel far crescere l’organismo.
come si clona un gene?
lo si inserisce in un plasmide batterico e lo si fa moltiplicare in coltura.
libreria genomica
insieme dei plastidi contenenti geni di interesse.
PCR
-basata sul meccanismo di replicazione di porzioni di DNA ben definite
1- soluzione contenete DNA da amplificare viene scaldata a circa 95°; il DNA si denatura e i due filamenti che lo costituiscono si separano
2- temperatura viene abbassata a 40-45°; i due primer si idrolizzano alle sequenze complementari e delimitano il tratto di DNA da amplificare.
3- 70°; polimerizzazione da parte di una DNA polimerasi che sfrutta gli inneschi e utilizza 4 deossinucleotidi trifosfati che fanno da precursori per la crescita della catena.
-ad ogni ciclo la quantità di DNA viene raddoppiata
retrovirus più noti
HIV: agente responsabile dell’AIDS
cDNA
DNA complementare prodotto partendo da un RNA
DNA polimerasi
- capaci di catalizzare la sintesi del DNA avendo come stampo DNA
- usati nella replicazione del DNA e ogni volta che sia necessario fare pezzi di DNA a seguito della riparazione dei suoi errori
RNA polimerasi
- capaci di catalizzare la sintesi di RNA avendo come stampo il DNA
- usati per il processo di trascrizione
trascrittasi inverse
sono usate in vivo dai retrovirus e in vitro per trasformare gli mRNA in copie di DNA (cDNA)
endonucleasi
catalizzano le reazioni di degradazione del filamento di DNA a partire dall’intero del filamento.
ligasi
catalizzano la reazione inversa della degradazione, cioè la formazione del legame fosfoestereo
in cosa consiste la sintesi proteica?
nella fabbricazione di una catena polipeptidica a partire dall’informazione contenuta nell’RNA messaggero.
*questa informazione occupa solo la parte centrale dell’mRNA
codice genetico minimo
3 basi azotate per amminoacido.
ci sono 64 possibili combinazioni e 20 amminoacidi.
caratteristiche del codice genetico
- degenerato: lo stesso amminoacido può essere codificato da più codoni, ma ogni cotone specifica un solo amminoacido
- universale: un cordone specifica lo stesso amminoacido nella maggior parte degli organismi
- specifico: ogni cotone specifica solo per quell’amminoacido
combinazioni di STOP
-sono tre
UGA
UAG
UAA
codone d’inizio
AUG (codifica per la metionina)
come avviene la traduzione?
-avviene nei ribosomi e richiede la presenza di tRNA, enzimi, fattori di vario genere, ATP e amminoacidi.
- tRNA si carica di un amminoacido, si associa alle molecole di mRNA e interagisce con i ribosmi
1. inizio: la subunità ribosomiale minore si lega al proprio sito di riconoscimento sull’mRNA.
un tRNA caricato con la metionina si lega al codone di inizio, completando la formazione del complesso di inizio.
la subunità ribosomiale maggiore si aggiunge al complesso di inizio, in modo che il tRNA caricato con la metionina viene a occupare il sito C.
2. allungamento: anticode del tRNA si lega al codone. il secondo amminoacido si lega al primo grazie all’attività pepitil-transfasica della subunità maggiore. il tRNA libero si sposta al sito D e viene rilasciato quando il ribosoma si sposta di un cotone lungo mRNA; quindi il peptide viene a trovarsi nel sito C ed il processo si ripete.
3. terminazione: un fattore di rilascio si lega al complesso quando il sito A raggiunge uno dei tre codoni di stop UAA, UAG, UGA.
le restanti componenti si separano.
modificazioni post-traduzionali
- attuate da specifici enzimi
- influenzano la stabilità e la funzionalità
proteosoma
struttura che degrada in vivo le proteine
a cosa portano d’elezione/ inserzioni
a proteine mutate o addirittura all’incapacità di produrre una determinata proteina
cosa comportano mutazioni puntiformi?
non comporta necessariamente la sostituzione di un amminoacido con un altro perché il codice genetico è degenerato.
mutazioni per sorrimento della finestra di lettura / frameshift
mandano fuori registro il messaggio genetico, alterandone la codificazione.
dopo il punto in cui si è verificata l’inserzione, tutti gli amminoacidi sono differenti.
patologie monofattoriali
dipendono da una o più mutazioni che si verificano in un gene
patologie multifattoriali
si fa ricorso all’analisi nel DNA di alcuni marcatori
mappa genetica
si ottiene misurando la probabilità con cui due caratteri (geni) si separano
SNP
polimorfismi a singolo nucleotide.
l’insieme di SNP può determinare il rischio di una patologia.
sequenziamento del DNA
processo automatizzato che permette agli individui di conoscere il proprio rischio di contrarre alcune patologie.
come si causano le mutazioni?
- errori effettuati dalla DNA polimerasi durante la replicazione
- meccanismi chimici (ROS, radicali liberi)
- mecccanismi fisici
meccanismi di riparazione della rottura della doppia elica
BER: riconosce particolari tipi di base sbagliate e la elimina mediante taglio del legame che la tiene ancorata allo zucchero. il sito senza base viene tagliato e la base giusta viene ripristinata da un’apposita DNA polimerasi, con chiusura finale da DNA ligasi
NER: riconce la distorsione ed effettua due tagli, uno a monte e uno a valle della base sbagliata, elimina il tratto del filamento che contiene la base sbagliata, ripristina il filamento mediante una DNA polimerasi e poi chiude con una lipasi.
mutazioni silenti
- quando la modifica lascia l’amminoacido inalterato.
- sono alla base della variabilità genetica
modificazione di senso
quando cambia l’amminoacido con un altro con proprietà simili
(ex: anemia falciforme)
modificazioni nonsenso
quando le modifiche portano alla trasformazione di una tripletta codificante in una tripletta di stop.
la proteina prodotta è più corta del normale.
terapia genica
consiste nell’inserimento del gene corretto nel genoma di alcune cellule mediante trasfezione.
proteine con funzione nel citoplasma
- sintetizzate nei ribosomi
- quelle con funzioni nucleari che hanno la capacità di attraversare la barriera costituita dal poro nucleare.
proteine con funzione negli organelli
- sintetizzate dai ribosomi che si trovano sulla superficie del reticolo endoplasmatico
- la proteina può bucare la membrana del reticolo e penetrare nel suo lume o fermarsi sulla membrana.
degradazione di proteine
-ubiquitinazione: aggiunta in tandem di piccole molecole chiamata ubiquitine.
-la rende bersaglio del proteosoma che la ingloba e la degrada
oppure vengono internalizzate dai lisosomi dove sono presenti protesi attive a basso pH.
proteoma
insieme delle proteine prodotte da una cellula o da un organismo.
trascrittoma
insieme dei trascritti di RNA prodotti da una cellula
esoma
insieme dei trascritti codificanti prodotti da una cellula: insieme di esoni
metaboloma
insieme dei metaboliti prodotti da una cellula o da un tessuto
catena di nucleotidi: come è costituita
i nucleotidi sono tenuti insieme da legami covalenti tra lo zucchero di un nucleotidi e il fosfato dell’altro.
i gruppi fosfato connettono il carbonio 3’ di uno zucchero con quello 5’ dello zucchero adiacente.
Hersey e Chase
1952
con i loro esperimenti verificarono l’ipotesi di Avery
mutazioni somatiche
- si verificano nelle cellule dell’organismo
- non vengono ereditate
mutazioni della linea germinale
- si verificano nelle cellule germinali
- in seguito a fecondazione un gamete che contiene la mutazione, la trasmette al nuovo organismo.
mutazioni puntiformi
Le mutazioni puntiformi sono il risultato dell’aggiunta o della perdita di una base del DNA, op- pure della sostituzione di una base nucleotidica con un’altra. Si possono produrre in seguito a un errore nella duplicazione del DNA sfuggito al processo di correzione di bozze oppure a causa di agenti mutageni ambientali, come le radiazioni e certe sostanze chimiche.
si dividono in silenti, di senso, non senso e per scorrimento della finestra di lettura.
mutazioni cromosomiche
L’intera molecola del DNA si può spezzare e ricongiungere, alterando totalmente la sequenza dell’informazione genetica. Tali mutazioni cromosomiche, in genere prodotte da agenti mutage- ni o da grossolani errori nella duplicazione dei cromosomi, possono essere di quattro tipi: delezione, inversione, traslazione reciproca
mutazione cromosomica: delezione
perdita di un segmento di DNA. si verifica quando cromosomi omologhi si rompono in diversi punti e si riuniscono scambiandosi i segmenti.
mutazione cromosomica: inversione
consiste nel reinserimento di un segmento rotto in modo invertito
mutazione cromosomica: traslazione reciproca
si verifica quando i cromosomi non omologhi si scambiano frammenti.
mutazioni genomiche
- a causa di errori della meiosi
- aneuplodia
- poliplodia
aneuplodia
- mancanza di un cromosoma da una coppia di cromosomi (monosomia)
- le monosomie per qualunque autosoma sono mortali in utero
- monosomie sessuali: sindrome di Turner (femmine X0 che mostrano malformazioni allo scheletro e organi)
poliplodia
- presenza di un cromosoma in più (trisomia)
ex: trisomia 21, sindrome di Patau (13), sindrome di Edwards (18) - altre trisonomie autosomiche non sono vitali
- trisonomie sessuali: sindrome di Klinefelter (deriva dalla non disgiunzione e porta alla nascita di maschi XXY)
correzione di errori che avvengono durante la duplicazione
- correzione di bozze del DNA: le proteine del complesso di duplicazione tagliano immediatamente la base sbagliata e la DNA polimerasi aggiunge quella corretta (funzione esonucleasica)
- riparazione dei disappaimenti: le proteine del meccanismo di riparazione dei disappàiamènti tagliano la base disapplicata e alcune basi adiacenti e la DNA polimerasi aggiunge le basi corrette
- riparazione per scissione: le proteine del meccanismo di riparazione tagliano la base danneggiata insieme ad alcune basi adiacenti e la DNA polimerasi I aggiunge le basi corrette, replicando il breve filamento in direzione 5’ –» 3’
Matthei e Niremberg
nel 1961 hanno decifrato il codice genetico
