ACIDI NUCLEICI- DNA e RNA Flashcards
COMPOSIZIONE DNA ED RNA
Il DNA ed RNA sono costituiti da nucleotidi. Ogni nucleotide è costituito da un pentoso, da una base azotata, e da un gruppo fosfato. Le basi azotate sono cinque: adenina guanina citosina timina e uracile. Mentre le prime tre sono comuni a DNA ed RNA, la timina è presente solo nel DNA e l’uracile sono nella RNA.
il gruppo fosfato è comune sia il DNA sia al RNA, mentre l’ossatura di zucchero fosfato è differente: nel DNA ritroviamo il 2-deossiribosio, mentre nell’RNA il ribosio. Le differenze tra questi due pentosi sta nel fatto che nel due-deossiribosio è assente un atomo di ossigeno sul secondo carbonio da qui il nome.
Perché vi è un atomo d’ossigeno di differenza?
Le ragioni principali sono due: la prima è che la mancanza di un atomo di ossigeno rende la molecola di DNA strutturalmente molto più stabile, viceversa la sua presenza favorisce la degradazione della molecola (la loro composizione riflette quindi la loro funzione biologica, infatti, il DNA deve essere conservato mentre l’RNA è prodotto in continuazione); la seconda è che l’ossigeno è un atomo relativamente ingombrante, con un raggio di van der Waals molto rilevante rispetto agli altri. Se ci fosse un ossigeno in più il DNA non potrebbe impacchettarsi a causa dell’ingombro sterico.
La struttura del DNA doppia elica è molto dipendente dalle sue componenti strutturali. ciò spiega anche la presenza del minor groove e del Major groove.
Le basi azotate:
L’uracile e la timina si distinguono per un semplice gruppo metile, presente nella timina e non nell’uracile, mentre nella citosina c’è un gruppo amminico.
le basi azotate si dividono in purine (adenina e guanina) e pirimidine (citosina, uracile e timina). Le basi puriniche si compongono di due anelli a differenza delle pirimidine, composte da un singolo anello
Perché non possiamo avere la timina anche nell’RNA? Due sono i motivi principali:
1 Dal punto di vista bioenergetico l’uracile rappresenta un forte vantaggio evolutivo: è infatti meno dispendioso da produrre, a causa dell’assenza del gruppo metile della timina, e comporta un grande risparmio energetico poiché l’rna viene prodotto in grande quantità.
2 Guardando la struttura dell’uracile si può notare che essa sia molto simile a quella della citosina. Quest’ultima è frequentemente soggetta a deaminazione, reazione che le fa perdere il gruppo amminico, e se sostituito con un ossigeno la trasforma in uracile. Se l’uracile fosse una base del DNA, tale mutazione sarebbe difficilmente individuabile (perchè sarebbe una citosina deaminata), e ciò porterebbe ad un errato appaiamento di basi (citosina deamminata- guanina/ uracile, che sostituisce la timina/ adenina). Avere la timina nel DNA permette di facilitare il processo di riconoscimento: l’uracile viene subito considerato errore e la base viene sostituita con una nuova citosina. Nelle RNA Invece questo problema non si pone, perché esso ha emivita minore e viene degradato frequentemente, cosa che non ne rende necessaria la riparazione.
DNA
Il DNA è un polimero di nucleotidi ripetuti, costituiti a loro volta da un gruppo fosfato, uno zucchero e una base azotata. Il DNA nella conformazione B, che è la conformazione del DNA in soluzione acquosa, è una doppia elica formata da due catene polinucleotidiche che corrono antiparallele.
la struttura del DNA si può quindi riassumere in sei punti fondamentali:
1 possiede due catene polinucleotidiche che si arrotolano su se stesse in maniera destrorsa (partendo da un cinque primo si avvolgono su se stesse in senso orario).
I nucleotidi sono uniti tra loro attraverso legami fosfodiesterici in cui il gruppo fosfato è in posizione 5’ di un nucleotide e unito al gruppo ossidrilico 3’ del nucleotide successivo.
2 le catene nucleotidiche sono antiparallele, quindi di orientamento opposto
3 lo scheletro zucchero- fosfato si trova all’esterno della molecola, mentre le basi sono rivolte verso l’interno e orientate su un asse centrale.
4 le basi sono appaiate su filamenti opposti e tenute insieme da legame di idrogeno. Guanina e citosina instaurano tra loro tre ponti di idrogeno, adenina e timina soltanto due: per denaturare un filamento composto solamente da guanina e citosina bisognerà portarlo ad una temperatura più elevata rispetto a un filamento contenente solo adenina. Ciò è specificato per sottolineare un punto fondamentale della trascrizione, e cioè che la denaturazione del DNA avviene a livello dei legami adenina e timina, dunque questi punti costituiscono i siti di inizio della trascrizione, in quanto richiedono minore energia per romperne i legami ad idrogeno.
5 Le basi sono a distanza 3,4 angstrom tra loro, un giro completo comprende 10,4 basi, forma a distanza totale di 34 angstrom. il diametro della doppia elica è sempre di venti angstrom ( ciò è consentito dal fatto che gli appaiamenti siano sempre tra una pirimidina e una purina)
6 gli scheletri non sono disposti in maniera omogenea ma nel DNA vi è un solco maggiore (Major groove) e un solco minore (Minor crews). Questa caratteristica ha la funzione biologica di permettere che vi sia uno spazio di interazione più ampio, per proteine o altre molecole regolatrici, nel solco Maggiore. Sono in sostanza delle scanalature per facilitare l’accesso dei DNA alle altre strutture.
il legame ad idrogeno o ponte ad idrogeno e un caso particolare di forza intermolecolare in cui è implicato un atomo di idrogeno coinvolto in un legame covalente con elementi molto elettronegativi, i fon, fluoro, ossigeno, azoto, i quali attraggono a sé e elettroni di valenza acquisendo parziale carica negativa e lasciando l’idrogeno con una parziale carica positiva.
Conoscendo la composizione di una singola catena di nucleotidi Si può arrivare a conoscere la sequenza di una seconda catena, principio su cui si basa il sequenziamento di Sanger
STORIA DNA- regole di Chargaff
NUCLEOTIDI VS NUCLEOSIDI
Nucleoside: si considera unicamente la base azotata legata a uno zucchero pentoso, quindi senza il gruppo fosfato.
Nucleotide: Si compone da un gruppo fosfato, uno zucchero e una base azotata.
nucleotide trifosfato: già analizzato come moneta energetica della cellula, e visto come precursore della sintesi del DNA. Si costituisce da una base azotata, lo zucchero deossiribosio e il gruppo trifosfato, ovvero tre gruppi fosfato in tandem: alfa, beta e gamma, in base alla distanza con cui sono posizionati.
Nell’esperimento di Hershey Chase viene utilizzato il fosforo radioattivo, ma non era necessario renderli tutti e tre i radioattivi: si rese radioattivo infatti solo il fosfato alfa, quello più vicino al deossiribosio, l’unico inglobato nel nucleotide, quindi nel DNA (gli altri vengono persi).
esempio: La base si chiama guanina, il nucleoside è la guanosina, il nucleotide monofosfato è la guanosina monofosfato e il nucleotide trifosfato è la guanosina trifosfato.
Ricorda: purine diventano adenosina e guanosina, pirimidine diventano citidina e timidina.
Tipi di DNA
Numerose sono le tipologie di struttura del DNA scoperte oltre al Bdna, tipo di struttura più presente all’interno del nostro organismo. alcuni esempi possono essere:
A DNA, in cui l’elica è molto più compatta perché disidratata e le basi non sono in asse ( presente soprattutto in condizioni di carenza d’acqua e ritrovata In alcune sporebatteriche);
lo Zdna, che ha la caratteristica di avere l’avvolgimento delle eliche in maniera sinistrorsa, a zig zag. Conformazione che favorisce la trascrizione e si trova in particolare in zone ricche di citosina e guanina trascrizionalmente attive
esistono Inoltre molteplici altre tipologie da poco scoperte, i G quadruples, strutture a quattro catene di DNA frequenti all’interno delle cellule tumorali. Nella cellula umana invece sono state trovate brevi sequenze di DNA triple elica, ritrovate soprattutto in regioni ricchi di adenina e timine, in cui è più facile la formazione di legami di Hoogsteen, Dove un terzo nucleotide può formare un’altra serie di Ponte di idrogeno con gli altri due.
PERCHE’ NON SI PUO’ AVERE LA TIMINA ANCHE NELL’RNA?
Perché non possiamo avere la timina anche nell’RNA? Due sono i motivi principali:
1 Dal punto di vista bioenergetico l’uracile rappresenta un forte vantaggio evolutivo: è infatti meno dispendioso da produrre, a causa dell’assenza del gruppo metile della timina, e comporta un grande risparmio energetico poiché l’rna viene prodotto in grande quantità.
2 Guardando la struttura dell’uracile si può notare che essa sia molto simile a quella della citosina. Quest’ultima è frequentemente soggetta a deaminazione, reazione che le fa perdere il gruppo amminico, e se sostituito con un ossigeno la trasforma in uracile. Se l’uracile fosse una base del DNA, tale mutazione sarebbe difficilmente individuabile (perchè sarebbe una citosina deaminata), e ciò porterebbe ad un errato appaiamento di basi (citosina deamminata- guanina/ uracile, che sostituisce la timina/ adenina). Avere la timina nel DNA permette di facilitare il processo di riconoscimento: l’uracile viene subito considerato errore e la base viene sostituita con una nuova citosina. Nelle RNA Invece questo problema non si pone, perché esso ha emivita minore e viene degradato frequentemente, cosa che non ne rende necessaria la riparazione.
RNA
L’acido ribonucleico (in sigla RNA, dall’inglese RiboNucleic Acid; meno comunemente, in italiano, anche ARN) in chimica, è una molecola polimerica implicata in vari ruoli biologici di codifica, decodifica, regolazione ed espressione dei geni. L’RNA e il DNA sono acidi nucleici che, insieme a proteine, carboidrati e lipidi, costituiscono le quattro principali macromolecole essenziali per tutte le forme di vita conosciute.
Anche l’rna non è lineare, ma presenta una struttura secondaria: può ripiegarsi su se stesso oppure ci possono essere appaiamenti tra due filamenti diversi, tra due posizioni lontane e quindi si formano anche strutture alternative con le basi esterne rispetto allo scheletro dello zucchero fosfato.
E’ un mondo in grandissima espansione In quanto ogni giorno si fanno nuove scoperte, ma sono tre le tipologie principali di RNA da ricordare:
rna Messaggero ( mrna), il quale svolge il processo di traduzione Dunque sintesi delle proteine
e RNA ribosomiale( rrna) che parte integrante dei ribosomi
rna Transfer( tRNA) funzionare nella sintesi proteica
Questi sono gli RNA codificanti, Ma ci sono anche un sacco di altri tipi di RNA non codificanti come per esempio la sequenza IRES, la sequenza frequente nei batteri per la quale dal singolo RNA possono essere prodotti due polipeptidi, e i miRNA, ovvero i micro e RNA, sfruttati per indurre la degradazione di lunghe sequenze di mrna
L’interferenza ad RNA è un processo attraverso il quale utilizzando i miRNA, che si legano a una sequenza corrispondente di RNA messaggero, si può attivare un meccanismo di degradazione per quella particolare sequenza di DNA. Meccanismo alla base della reverse genetics, ovvero quando non si conosce il ruolo di una proteina all’interno della cellula e quindi la si elimina per vedere le conseguenze a livello cellulare (Nei mitocondri è stata utilizzata questa tecnica per scoprire la funzione di ribozimi, ribol switch, e Long non coding RNA).
