Metabolismo, Fotosintesi, DNA, Virus e Biotecnologie Flashcards
1
Q
Metabolismo
Omeostasi
A
La tendenza dell’organismo a ricondursi sempre a una situazione di equilibrio: nel caso del corpo umano, a poter disporre sempre del giusto quantitativo di ATP.
2
Q
Metabolismo
I reazione della glicogenosintesi
A
Isomerizzazione del glucosio 6-fosfato in glucosio 1-fosfato catalizzata dalla fosfoglucomutasi
3
Q
Metabolismo
II reazione della glicogenosintesi
A
L’UTP (uridina trifosfato) attiva il glucosio 1-fosfato, trasformandolo in UDP-glucosio (uridina difosfo-glucosio) e liberando due gruppi fosfato
4
Q
Metabolismo
III reazione della glicogenosintesi
A
L’enzima glicogeno sintasi trasferisce la molecola di glucosio dall’UDP a un’estremità non riducente di una molecola di glicogeno, attraverso un legame a(1>4) glicosidico
5
Q
Metabolismo
Come avviene la ramificazione del glicogeno e perchè?
A
Un’enzima detto enzima ramificante trasferisce 6-8 unità di glucosio al gruppo ossidrile del C6 di un glucosio residuo all’interno della catena, formando un legame a(1>6) glicosidico. Questo perchè, nella glicogenolisi, la glicogeno fosforilasi opererà alle estremità della molecola di glicogeno, che se è ramificata ne presenta molteplici, accelerando la demolizione.
6
Q
Metabolismo
Glicogenolisi
A
La glicogenolisi è il processo per il quale una molecola di glicogeno è decomposta in molecole di glucosio. Avviene attraverso l’enzima glicogeno fosforilasi, che rompe i legami a(1>4) a partire da estremità non riducenti della catena introducendo un gruppo fosfato, e l’enzima deramificante, che rompe gli a(1>6) in prossimità delle ramificazioni.
7
Q
Metabolismo
Perchè è necessaria la gluconeogenesi?
A
Perchè esistono tessuti che dipendono esclusivamente dal glucosio nel sangue, e il glicogeno demolito dal fegato non è sufficiente.
8
Q
Metabolismo
Dove avviene la gluconeogenesi?
A
Nel citoplasma delle cellule del fegato e del rene.
9
Q
Metabolismo
Da che composti è alimentata la gluconeogenesi?
A
Dai cosiddetti precursori non glicidici, ovvero il lattato prodotto nel ciclo di Cori, l’ossalacetato prodotto nel ciclo di Krebs e il diidrossiacetone fosfato che deriva dalla digestione dei trigliceridi.
10
Q
Metabolismo
Quale funzione hanno gli acidi biliari nel metabolismo dei lipidi?
A
Essendo molecole anfipatiche permettono di disperdere i trigliceridi insolubili in acqua in micelle.
11
Q
Metabolismo
Quale funzione hanno le lipasi nel metabolismo dei lipidi?
A
Degradano i trigliceridi in acidi grassi e glicerolo.
12
Q
Metabolismo
Cosa sono i chilomicroni e in quale fase del metabolismo dei lipidi sono presenti?
A
I chilomicroni sono le lipoproteine con minore densità e maggior diametro: sono costituiti da proteine, fosfolipidi, colesterolo e acidi grassi.
Permettono il trasporto degli acidi grassi prima nel sistema linfatico, poi in quello sanguigno.
13
Q
Metabolismo
Cos’è e dove avviene la B-ossidazione?
A
La B-ossidazione è il processo di catabolismo degli acidi grassi e avviene nella matrice mitocondriale
14
Q
Metabolismo
Come avviene la B-ossidazione e cosa produce?
A
La B-ossidazione consiste in una ripetuta ossidazione del carbonio B (oppure C3) della catena idrocarburica: avviene tramite la riduzione di un NAD a NADH e di un FAD a FADH2 e porta alla produzione di acetil-CoA.
15
Q
Metabolismo
In cosa consistono le due vie che l’acetil-CoA può percorrere dopo che è stato prodotto dalla B-ossidazione?
A
Comunemente l’acetil-CoA entra nel ciclo di Krebs dove viene ulteriormente demolito, ma nelle condizioni in cui l’ossalacetato del ciclo di Krebs viene dirottato verso la gluconeogenesi (è un precursore non glicidico) l’acetil-CoA viene usato dal fegato per produrre corpi chetonici.
16
Q
Metabolismo
Quali sono i 3 corpi chetonici e che funzioni hanno?
A
Acetone, che viene eliminato con le urine, Acetoacetato e B-idrossibutirrato, che vengono invece metabolizzati per produrre energia (Il cervello può usarli come fonte energetica alternativa).
17
Q
Fotosintesi
Cos’è la fotosintesi?
A
E’ un processo anabolico che permette di catturare l’energia luminosa del Sole e di usarla per sintetizzare carboidrati.
18
Q
Fotosintesi
Cosa avviene nella fase luminosa della fotosintesi?
A
L’energia solare viene trasformata in energia chimica, viene sintetizzato ATP e ridotto NADP a NADPH.
19
Q
Fotosintesi
Cosa avviene nella fase oscura della fotosintesi?
A
L’ATP e il NADPH prodotti dalla fase luminosa vengono usati per sintetizzare zuccheri a partire dal CO2.
20
Q
Fotosintesi
Struttura del cloroplasto.
A
Il cloroplasto è composto da una doppia membrana all’interno della quale vi è lo stroma. Nello stroma troviamo i tilacoidi, organuli impilati a formare i grani costituiti da una membrana tilacoidale e da uno spazio interno detto lume del tilacoide.
21
Q
Fotosintesi
Dove avviene la fotosintesi?
A
La fase luminosa avviene nella membrana dei tilacoidi, mentre la fase oscura nello stroma.
22
Q
Fotosintesi
Cosa sono i pigmenti e quali pigmenti sono presenti negli organismi fotosintetici?
A
I pigmenti sono molecole capaci di assorbire lunghezze d’onda dello spettro visibile. I pigmenti presenti negli organismi fotosintetici sono le clorofille, i carotenoidi e le ficobiline.
23
Q
Fotosintesi
Quali sono le funzioni della clorofilla?
A
Assorbire l’energia luminosa, trasformarla in energia chimica sottoforma di elettroni eccitati e cedere gli elettroni ad altre molecole.
24
Q
Fotosintesi
Cos’è e com’è strutturato un fotosistema?
A
Un fotosistema è una struttura capace di catturare l’energia solare e trasformarla in energia chimica attraverso i pigmenti. E’ costituito da proteine a cui sono legate molecole di clorofilla e carotenoidi.
25
# Fotosintesi
Cos'è e come funziona il **sistema antenna**?
Il sistema antenna è la parte del fotosistema che permette la cattura della luce: è costituito da **molti pigmenti ben concentrati** che assorbono l'energia luminosa e la mandano al centro di reazione.
I fotoni della luce **eccitano gli elettroni** del pigmento, che nel tornare allo stato fondamentale eccitano elettroni di pigmenti vicini, ma con lunghezza d'onda maggiore: questo processo permette di **confluire l'energia al pigmento con lunghezza d'onda maggiore**, che si trova nel centro di reazione.
26
# Fotosintesi
Cos'è e come funziona il **centro di reazione**?
E' la parte del fotosistema che permette l'**ossidazione della clorofilla** a seguito dell'assorbimento di energia, che cede un elettrone a un *accettore primario*, e a sua volta l'**ossidazione dell'acqua in ossigeno** per ripristinare l'elettrone ceduto dalla clorofilla.
27
# Fotosintesi
Descrivere lo **schema Z**.
1. I pigmenti del fotosistema II assorbono **fotoni**, la cui energia viene trasferita al centro di reazione;
2. La clorofilla **P680 cede un elettrone** a un accettore primario in seguito all'assorbimento di energia;
3. Per recuperare l'elettrone, la clorofilla **P680 ossida l'acqua in ossigeno**, che produce oltrettutto ioni H+ nel lume del tilacoide;
4. L'accettore primario entra nella **catena di trasporto**, e analogalmente alla fosforilazione ossidativa si produce ATP per chemiosmosi attraverso l'ATP sintasi;
5. La clorofilla **P700 cede un elettrone** analogalmente al punto 2, ma lo recupera da quello proveniente dalla catena di trasporto;
6. L'accettore primario **riduce NADP a NADPH**.
28
# Fotosintesi
Descrivere il **ciclo di Calvin**.
1. La CO2 si lega a RuBP (*ribulosio 1,5-bisfosfato*) attraverso l'enzima **RuBisCO** (*ribulosio bisfosfato carbossilasi/ossigenasi*), la proteina più abbondante sulla Terra;
2. Lo scheletro carbonioso a 6 atomi di carbonio si divide in due molecole di **3PG** (*3-fosfoglicerato*);
3. **Fosforilazione e riduzione** del 3PG in G3P, utilizzando l'ATP e il NADPH prodotti dalla fase luminosa;
4. 5/6 delle molecole di G3P vengono spese per **riottenere il RuBP**, 1/6 è invece usato per **sintetizzare zuccheri**.
29
# Fotosintesi
Cosa accade se, in assenza di CO2, **RuBP** si lega all'**ossigeno**?
Si ha la via della **fotorespirazione** nella quale RuBP e ossigeno reagiscono per dare **fosfoglicolato** e **3-fosfoglicerato**
30
# Fotosintesi
Quali sono i tre fattori che determinano se la **RuBisCO** agirà come ossigenasi o come carbossilasi?
1. **Affinità**: di base la RuBisCO ha un'affinità per il CO2 dieci volte maggiore che per O2;
2. **Concentrazione**: se l'ossigeno è abbondante la RuBisCO catalizza la fotorespirazione;
3. **Temperatura**: ad alte temperature gli stomi si chiudono impedendo la perdita di acqua, ma si impedisce così anche l'acquisizione di CO2, pertanto quella che c'è viene fissata e così aumenta la concentrazione di O2, che favorisce la fotorespirazione.
31
# Fotosintesi
Differenza tra **piante C3 e C4**.
Le piante C3 hanno un mesofillo con **cloroplasti ricchi di RuBisCO**, e nelle giornate afose queste chiudono gli stomi per evitare la disidratazione, ma così favoriscono anche la fotorespirazione.
Le piante C4, invece, essendo dotate dell'enzima **PEP carbossilasi** riescono comunque a far avvenire la fissazione legando l'atomo di carbonio del CO2 al **PEP** (*fosfoenolpiruvato*) formando l'**ossalacetato**, che trasporta il CO2 nella **guaina del fascio**, ricca di RuBisCO, dove viene mantenuta alta la concentrazione di CO2. Per far avvenire questo trasporto e rigenerare il PEP sono necessari l'ATP e il NADPH prodotti dalla fotosintesi.
Le piante C3 sono adatte ai climi temperati, le C4 ai tropici.
32
Differenza tra **piante C4 e CAM**.
Le piante C4 separano la fissazione e il ciclo di Calvin **nello *spazio*** perchè avvengono in due sedi diverse della foglia (*mesofillo* e *guaina del fascio*) mentre le piante CAM li separano **nel *tempo*** perchè la fissazione avviene di notte, mentre il ciclo di Calvin di giorno.
33
# DNA
Descrivere la sintesi dei **nucleotidi**.
Nell'ordine:
1. **Condensazione** di uno zucchero pentoso con una base azotata: si elimina una molecola di acqua e si forma un **legame N-glicosidico** tra gruppo amminico della base e il C1' del pentoso, e il composto è detto *nucleoside*;
2. **Esterificazione** del gruppo OH sul C5' dello zucchero con un gruppo fosfato, con formazione di un **legame estereo**.
34
# DNA
Descrivere la sintesi degli **acidi nucleici** a partire dai nucleotidi.
Il gruppo fosfato legato al C5' dello zucchero può reagire con il gruppo OH sul C3' dello zucchero di un altro nucleotide per formare un **legame fosfodiestere** eliminando una molecola d'acqua. Se questa reazione avviene più volte, si ha la formazione di un polinucleotide, con un'estremità che termina con C3'-OH e l'altra con il gruppo fosfato legato al C5'.
35
# DNA
Descrivere la **struttura del DNA**.
Il DNA (*acido desossiribonucleico*) è costituito da **due catene polinucleotidiche antiparallele** stabilizzate da legami a idrogeno tra basi purina-pirimidina a formare una struttura a **doppia elica**.
36
# DNA
Cos'è la **replicazione del DNA**?
E' il processo per il quale specifici enzimi riescono a **riprodurre parti del DNA** generando filamenti a partire da uno stampo.
37
# DNA
Cosa sono le **origini di replicazione**?
Specifiche **posizioni** all'interno della catena **dalle quali parte la separazione** dei due filamenti della doppia elica durante la replicazione. Sono zone ricche di A-T perchè la coppia di base è legata da 2 legami a idrogeno anzichè 3, ed è pertanto più semplice separarla.
38
# DNA
Che ruolo svolge l'enzima **elicasi** nella replicazione del DNA?
Ha il compito di **separare i due filamenti** rompendo i legami a idrogeno tra le basi, allargando la *bolla di replicazione*.
39
# DNA
Cos'è un **primer** e che ruolo ha nella replicazione del DNA?
E' un filamento di RNA che crea un **innesco per la sintesi di DNA** da parte delle *DNA polimerasi*. Viene sintetizzato da un enzima detto *primasi*.
40
# DNA
Cosa sono i **frammenti di Okazaki** e perchè si formano?
Dato che **la DNA polimerasi sintetizza il DNA solo in direzione 5'-3'**, il filamento va letto in direzione 3'-5'. Tuttavia le DNA polimerasi agiscono su entrambi i filamenti, pertanto lungo uno riuscirà a sintetizzare continuamente DNA, lungo l'altro dovrà farlo a tratti, che porteranno alla sintesi di **frammenti di DNA separati da primer** detti, appunto, *frammenti di Okazaki*.
41
# DNA
Che ruolo hanno le **RNasi** e le **DNA ligasi** nella replicazione del DNA?
Le RNasi permettono di **rimuovere i primer** dall'RNA sintetizzato, e al loro posto le DNA polimerasi sintetizzeranno il restante DNA; le DNA ligasi **uniscono tra loro i frammenti** di DNA sintetizzati.
42
# DNA
Cosa sono i **geni**?
**Porzioni di DNA** contenenti le istruzioni necessarie alla trascrizione in RNA.
43
# DNA
Cos'è la **trascrizione del DNA**?
E' il processo per il quale **viene sintetizzato l'RNA** a partire dal filamento stampo di DNA, che permette di trasportare l'informazione genetica dal DNA ai polipeptidi.
44
# DNA
Descrivere la **trascrizione del DNA** nelle sue tre fasi.
- **Inizio**:
La RNA polimerasi legge la sequenza del *promotore*, che la fa legare al doppio filamento e permette ad essa di separarlo in due filamenti, rispettivamente quello *stampo* e quello *complementare*;
- **Allungamento**:
La RNA polimerasi sintetizza l'RNA leggendo il DNA in direzione 3'-5', e la zona in cui questa agisce è detta *bolla trascrizionale*: l'RNA sintetizzano sarà un filamento complementare e antiparallelo rispetto al filamento stampo;
- **Terminazione**:
L'RNA polimerasi legge la *sequenza di terminazione* che la fa separare dal filamento e terminare la sua attività.
45
# DNA
Differenza tra **RNA codificante** e **RNA non codificante**.
L'RNA codificante è circa il 4% di tutto l'RNA sintetizzato nella trascrizione ed è quello che **permette la sintesi dei polipeptidi**; l'RNA non codificante, invece, **regola le funzioni cellulari**.
46
# DNA
Cos'è un **istone**?
**Gruppo di proteine** che permettono l'avvolgimento del DNA in una struttura simile a un filo di perle e dal suo grado di compattazione dipende la attività del gene contenuto nel DNA.
47
# DNA
Cos'è e che funzione ha il **codice istonico**?
E' l'**insieme delle modificazioni epigenetiche del DNA**, che regolano l'interazione tra DNA e gli istoni e ne determinano l'attività o recessività dei geni attraverso metilazione, acetilazione o aggiunta di gruppi fosfato.
48
# DNA
Qual è la conseguenza della presenza del **codice istonico**, e quindi di **geni attivi e repressi** nella cellula?
La **differenziazione delle cellule** secondo le loro funzioni.
49
# DNA
Cos'è la **cromatina** e quali sono le sue due funzioni?
La cromatina è il **DNA impacchettato** tramite l'interazione della doppia elica con proteine dette **istoni**. La sua funzione è sia *strutturale*, perchè permette la compattazione del DNA nel nucleo di una cellula ma anche *funzionale*, perchè facilita (*eucromatina*) o impedisce (*eterocromatina*) l'interazione della doppia elica con l'apparato trascrizionale e quindi determina l'espressione o repressione dei geni.
50
# DNA
Descrivere brevemente le **4 fasi della regolazione genica**.
1. **Pre-trascrizionale**: il genoma è impacchettato e sono distinti geni espressi e geni repressi;
2. **Trascrizionale**: l'attività della RNA polimerasi è controllata da fattori di trascrizione come TATA box ed enhancer;
3. **Post-trascrizionale**: attraverso lo splicing si sintetizza dal *trascritto primario* l'mRNA maturo per eliminazione degli introni;
4. **Post-traduzionale**: viene modulata la funzionalità della proteina attraverso aggiunta o modifica di gruppi chimici.
51
# DNA
Come avviene lo **splicing**?
Il complesso proteico **spliceosoma** riesce a riconoscere i punti che delimitano introni ed esoni detti *giunzioni di splicing*, e in particolare il verso di queste giunzioni: una volta che le snRNP si sono legate una al 3', l'altra al 5' di un introne, esse si uniscono nello spliceosoma che taglia l'introne e cuce i due esoni adiacenti.
52
# DNA
Quali sono i tre passaggi per ottenere **mRNA** dal *trascritto primario*?
1. **Splicing**: rimozione degli introni non codificanti;
2. **Aggiunta del *cappuccio*** (*guanina trifosfato metilata*) all'estremità 5';
3. **Aggiunta del *poli-A*** (tratto di circa 200 adenine) all'estremità 3'.
53
# DNA
Cos'è lo **splicing alternativo** e cosa comporta?
Lo splicing alternativo è il meccanismo che porta alla **produzione di diversi mRNA** a partire dallo stesso *trascritto primario*, attraverso l'eliminazione anche di alcuni esoni codificanti durante la fase di splicing.
Questo porta all'**ampliamento del potenziale codificante** del genoma, che da 20 000 geni riesce a produrre più di 100 000 proteine.
54
# Virus
Cosa sono i **virus**?
Formalmente, i virus sono **parassiti endocellulari obbligati**: piccoli agenti infettivi che entrano nelle cellule e le usano per riprodursi.
55
# Virus
Qual è la **struttura dei virus**?
I virus sono composti dal **genoma virale**, che può essere a DNA o RNA, racchiuso in una struttura proteica chiamata **capside** che può essere protetta a sua volta da una struttura lipidica detta **pericapside**.
56
# Virus
Descrivere il **ciclo litico**.
Il ciclo litico è composto da 3 fasi:
1. **Immediata-precoce**: l'RNA polimerasi della cellula ospite riconosce il promotore virale e sintetizza i *geni immediati precoci*, che attivano la trascrizione dei *geni precoci*;
2. **Precoce**: i *geni precoci* bloccano la sintesi della cellula ospite reindirizzandola verso la sintesi del genoma virale
3. **Tardiva**: la cellula ospite sintetizza le proteine del capside e gli enzimi che permetteranno la lisione della cellula e la liberazione dei nuovi virus.
57
# Virus
Descrivere il **ciclo litogeno**.
Nel ciclo litogeno il genoma virale si integra in quello batterico sottoforma di **profago**, e la sua replicazione avviene assieme a quella cellulare: i batteri con genoma virale integrato sono detti **batteri lisogeni** e il virus è detto **temperato**. Questo permette la riproduzione del genoma batterico per diverse generazioni, rimanendo latente ma con la possibilità di avviare il ciclo litico al momento opportuno.
58
# Virus
Come si integra un **virus animale a DNA** nella cellula eucariote?
Si integra in maniera simile al ciclo lisogeno dei batteriofagi: il DNA virale viene integrato nel cromosoma della cellula ospite, per fusione o per endocitosi, sottoforma di **provirus** e vi è un'**infezione latente**.
59
# Virus
Fornire un esempio di **virus animale a DNA**, con alcune informazioni a riguardo.
I **papillomavirus**, che sono piccoli virus privi di pericapside a forma di icosaedro che si integrano nelle cellule dell'epitelio ed entrano in una fase di latenza: quando passa alla fase di replicazione attiva, che porta alla manifestazioni di sintomi e, potenzialmente, alla formazioni di carcinomi o trasformazioni tumorali della cellula infettata.
60
# Virus
Descrivere struttura e meccanismo di riproduzione di **SARS-CoV-2**.
SARS-CoV-2 è un virus appartenente alla famiglia dei coronavirus. E' dotato di un **pericapside** che contiene il **genoma a RNA a singolo filamento**, da cui sporgono le glicoproteine *spike*, che permettono il riconoscimento da parte dei recettori della cellula ospite.
Per **fusione**, il virus integra nella cellula il genoma virale a RNA che viene subito tradotto nelle due proteine **ppla** e **pplab**, che stimoleranno la sintesi di genoma virale e delle proteine del capside e pericapside: le nuove copie del virus escono dalla membrana per **gemmazione**, cominciando un nuovo ciclo infettivo.
61
# Virus
Descrivere struttura e meccanismo di riproduzione di **HIV**.
HIV è un **retrovirus**: è infatti caratterizzato dalla presenza di una particolare DNA polimerasi detta **trascrittasi inversa** che trasforma l'RNA a singolo filamento in DNA a doppio filamento, che viene integrato nel genoma della cellula ospite sottoforma di provirus in una **fase di latenza**.
Quando è innescato il ciclo litico, l'RNA polimerasi della cellula sintetizza il genoma virale che viene processato dallo spliceosoma per dare mRNA che sintetizza due proteine: **Tat** e **Rev**. Queste permettono al virus di sintetizzare altro genoma virale eludendo i controlli cellulari. Il nuovo genoma viene incapsulato e fuoriesce dalla cellula per gemmazione.
62
# Batteri e Virus
Descrivere la struttura genetica dei **batteri**.
Il genoma batterico è costituito da un unico **cromosoma principale circolare** che viene completato da vari **plasmidi**, piccole molecole circolari di DNA a doppia elica separate dal cromosoma principale.
63
# Batteri e Virus
Descrivere le 3 categorie di **geni batterici**.
1. **Operoni metabolici specializzati**: geni che permettono al batterio di metabolizzare composti organici complessi;
2. **Geni per la resistenza agli antibiotici**: permettono al batterio di resistere alle difese di altri organismi (*plasmidi R*);
3. **Geni per la coniugazione**: codificano per il trasferimento di geni tra celllule batteriche (*plasmidi F*).
64
# Batteri e Virus
Descrivere la **coniugazione** batterica.
La coniugazione permette lo scambio di materiale genetico tra batteri. Avviene tra due batteri, uno detto **donatore** (*F positivo*) e l'altro **ricevente** (*F negativo*), attraverso la formazione di un **pilo sessuale**, un ponte proteico che mette in comunicazione i citoplasmi dei due batteri. Attraverso questo canale una copia del plasmide F del donatore è donata al ricevente, che potrà anche integrarsi al cromosoma batterico del ricevente mediante **ricombinazione omologa**.
65
# Batteri e Virus
Descrivere brevemente il meccanismo di **trasduzione**.
Quando dei batteri vengono infettati da un **batteriofago**, c'è la possibilità che, durante la sua replicazione, il fago permetta lo **scambio di materiale genetico** tra un batterio e un altro, portanto a una certa variabilità genetica.
66
# Batteri e Virus
Descrivere la **trasduzione generalizzata**.
Se un batteriofago entra nel **ciclo litico**, durante l'incapsulamento del materiale genetico virale nei nuovi virioni è possibile che vengano inclusi anche frammenti di DNA batterico, in maniera **del tutto casuale**: quando i virioni andranno a infettare un'altra cellula, è possibile che introducano assieme al loro genoma anche quello del batterio precedentemente infettato.
67
# Batteri e Virus
Descrivere la **trasduzione specializzata**.
Se un batteriofago entra nel **ciclo litogeno**, il suo DNA viene integrato nel cromosoma batterico sottoforma di profago in specifici punti, solitamente **sempre gli stessi**. Una volta che il profago è escisso dal cromosoma batterico, comincia la duplicazione virale del materiale genetico precedentemente incluso: tuttavia questa scissione non è sempre precisa, e può accadere che **frammenti di DNA batterico adiacenti al sito di inserzione** vengano anch'essi duplicati nei nuovi virioni. Quando questi verranno rilasciati, il materiale genetico del batterio potrà essere iniettato in un nuovo batterio.
68
# Batteri e Virus
Descrivere la **trasformazione** batterica.
La trasformazione permette ai batteri di incorporare nel loro cromosoma **materiale genetico presente nell'ambiente** esterno: questo solitamente avviene dopo la morte di una cellula batterica che rilascia nell'ambiente il suo materiale.
69
# Batteri e Virus
Differenza tra **trasferimento genico** orizzontale e verticale.
Il trasferimento genico orizzontale avviene tra **batteri non discendenti gli uni dagli altri**, e si manifesta nella coniugazione, trasduzione e trasformazione, mentre quello verticale avviene dai batteri genitori ai figli.
70
# Biotecnologie
Differenza tra **biotecnologie tradizionali** e **moderne**.
Le biotecnologie tradizionali consistono nello sfruttamento e sulla selezione di organismi viventi in base al loro **fenotipo**, tra quelli disponibili in natura; le biotecnologie moderne invece si fondano sulla **selezione di parti di organismi** tramite apposite tecnologie o sulla modifica degli organismi già esistenti a livello del **genotipo**.
71
# Biotecnologie
Quali furono **le prime biotecnologie** utilizzate nella storia e a quanti anni fa risalgono?
Già più di **10 000 anni fa** l'uomo coltivava e addomesticava gli animali, una prima rudimentale biotecnologia. In Palestina e nel Medio Oriente le prime coltivazioni di farro davano spighe fragili, difficili da raccogliere, ma già 6000 anni fa gli agricoltori erano riusciti a incrociare varie specie inducendo un **miglioramento genetico** che rese le spighe man mano più pratiche da coltivare: una cosa simile avvenne anche in America Centrale 5000 anni fa, dove riuscirono a migliorare la *teosinte* nel moderno mais. La birra veniva già prodotta 7000 anni fa e la tecnica della panificazione era nota agli Egizi 5000 anni fa: questi sono due esempi di **biotecnologie industriali**, che sfruttano la reazione di fermentazione del lievito *Saccharomyces cerevisiae*, che è lo stesso che utilizziamo oggi.
72
# Biotecnologie
Quali sono le 3 principali **biotecnologie moderne**?
1. **Selezione artificiale**: incroci *ad hoc* per ottenere mutamenti genetici favorevoli;
2. **Trattazione chimica**: indurre modifiche genetiche con l'utilizzo di radiazioni o prodotti chimici, che però alterano l'intero genoma della specie trattata;
3. **Modificazione genetica**: tramite le nuove tecnologie, è possibile modificare di una specie anche solo un gene in particolare, che permette di produrre gli **OGM** (*organismi geneticamente modificati*).
73
# Biotecnologie
Cos'è l'**ingegneria genetica**?
L'insieme delle tecnologie che permettono la modifica del **fenotipo** di un organismo attraverso la modifica del suo **genotipo**. Si fonda sull'idea che in laboratorio si possa modificare il genotipo in maniera **mirata** per ottenere determinati fenotipi, e non casuale.
74
# Biotecnologie
Cos'è il **DNA ricombinante**?
Un DNA ricombinante è una **molecola di DNA** ottenuta combinando informazioni genetiche provenienti da due o più organismi viventi.
75
# Biotecnologie
Cos'è il **clonaggio genico**?
La produzione di molteplici copie di un **gene di interesse** attraverso l'ingegneria genetica.
76
# Biotecnologie
Quali sono i tre elementi fondamentali per far avvenire il **clonaggio genico**?
1. **Gene di interesse**: ottenuto o direttamente dall'organismo o da un archivio di DNA
2. **Enzimi**: permettono di *tagliare* e *cucire* i frammenti di DNA
3. **Vettore di clonaggio**: permette l'inserimento del DNA all'interno di una cellula
77
# Biotecnologie
Cosa sono gli **enzimi di restrizione**?
Enzimi che permettono la **rottura del legame fosfodiestere** tra due nucleotidi adiacenti lungo una catena polinucleotidica.
78
# Biotecnologie
Come avviene l'azione degli **enzimi di restrizione**?
1. Ciascun enzima di restrizione riconosce una **specifica sequenza palindromica** del DNA che caratterizza il **sito di restrizione**, in modo tale da non tagliare un gene rendendolo inattivo
2. Il taglio può avvenire sia producendo ***blunt ends***, cioè quando i nucleotidi sono nello stesso punto dei due filamenti, ma anche producendo ***sticky ends***, quando invece questi sono sfalsati di qualche posizione.
79
# Biotecnologie
In cosa consiste l'**elettroforesi su gel di agarosio**?
L'elettroforesi è un procedimento per controllare la lunghezza dei frammenti di DNA tagliati dagli enzimi di restrizione.
Si procede scaldando un polisaccaride, l'**agarosio**, a temperatura di fusione (circa 90°), per poi lasciarlo raffreddare e passare allo stato di gel: si formerà una **maglia** con pori di diversa ampiezza (50-300 nm).
Attraverso un pettine di plastica posto prima della solidificazione si ricavano dei pozzetti nei quali inserire il DNA campione colorato con un colorante.
Essendo il DNA caratterizzato da **cariche negative** (i gruppi fosfato), quando la camera elettroforetica costituita da gel d'agarosio e soluzione tampone viene soggetta a un campo elettrico di circa 80V, le molecole di DNA **migrano** verso il polo positivo, e attraversano meglio la maglia se di dimensione minore.
Interrotta l'analisi, avremo delle **bande colorate** (di molecole di DNA) che saranno più lontane dal pozzetto tanto minori saranno le dimensioni dei frammenti di DNA in questione.
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# Biotecnologie
Cosa sono le **DNA ligasi**?
Sono **enzimi** che catalizzano la formazione del **legame fosfodiestere** tra due frammenti di DNA tagliati dagli stessi enzimi di restrizione (in modo tale che le estremità coincidano).
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# Biotecnologie
Cos'è un **vettore di clonaggio**? Quali sono i suoi 3 elementi caratteristici?
Un vettore di clonaggio è una **molecola di DNA ricombinante** che può entrare all'interno di una cellula per replicarsi.
E' caratterizzato da:
1. **Origine di replicazione**: permette al vettore di duplicarsi ad ogni divisione cellulare
2. **Sito multiplo di clonaggio**: un accumulo di siti di restrizione che permettono l'inserimento del gene di interesse
3. **Marcatore di selezione**: un gene che conferisce resistenza a un particolare antibiotico che permette di verificare che il clonaggio stia avvenendo
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# Biotecnologie
Descrivere il clonaggio genico dell'**insulina** in *E. coli*.
1. Si taglia un **frammento del gene dell'insulina** attraverso un enzima di restrizione, e lo isola attraverso l'elettroforesi
2. Con lo stesso enzima utilizzato per tagliare il gene dell'insulina **si taglia nel plasmide** un frammento di DNA del *polylinker*, così che le estremità tagliate siano complementari a quelle del gene dell'insulina
3. Attraverso le **DNA ligasi**, il gene dell'insulina viene introdotto nel plasmide
4. Si introduce il plasmide all'interno di una cellula ricevente per **trasformazione**
5. Attraverso specifici **marcatori di selezione** sarà possibile individuare, dopo che si saranno riprodotti, i batteri che hanno incorporato il plasmide e quelli che non si sono trasformati: si isoleranno quindi i batteri contenenti il gene dell'insulina che continueranno a riprodursi.
