INDICE

PARTE 1Un po’ di storia

Capitolo 1La visione mendeliana del mondo 5

Le scoperte di Mendel 6

• Ilprincipiodellasegregazioneindipendente 6

BOX 1.1 CONCETTIAVANZATI Le leggi di Mendel 6

• Alcuniallelinonsononédominantinérecessivi 8

• Ilprincipiodell’assortimentoindipendente 8

La teoria cromosomica dell’ereditarietà 8

Linkage genico e crossing over 9

BOX 1.2 ESPERIMENTICHIAVE i geni sono legati ai cromosomi 10

Mappatura dei cromosomi 11

L’origine della variabilità genetica attraverso le mutazioni 14

Prime ipotesi sulla natura dei geni e sul loro funzionamento 15

Primi esperimenti per trovare una relazione gene-proteina 16

SOMMARIO 16

BIBLIOGRAFIA 16

DOMANDE 18

Capitolo 2Gli acidi nucleici trasmettono l’informazione genetica 20

L’“esplosiva” scoperta di Avery: il DNA può portare la specificità genetica 21

• Igeniviralisonoanch’essiacidinucleici 22

La doppia elica 23

BOX 2.1 ESPERIMENTICHIAVE La regola di Chargaff 25

• AllaricercadellepolimerasichesintetizzanoilDNA 25

• ProvesperimentaliindicanocheifilamentidelDNAsiseparanodurantelareplicazione 27

L’informazione genetica all’interno del DNA viene trasmessa dalla sequenza dei suoi quattro componenti nucleotidici 29

BOX 2.2 ESPERIMENTICHIAVE La prova che i geni controllano la sequenza amminoacidica delle proteine 30

• IlDNAnonpuòesserelostampochedisponedirettamenteinsuccessionegliamminoacididurantelasintesiproteica 31

• L’RNAdalpuntodivistachimicoèmoltosimilealDNA 31

Il dogma centrale 32

• L’ipotesidell’adattatorediCrick 33

• Lascopertadell’RNAtransfer(tRNA) 33

• Ilparadossodeiribosominonspecifici 34

• Lascopertadell’RNAmessaggero(mRNA) 34

• Lasintesienzimaticadell’RNAsuunostampodiDNA 35

• Ladeterminazionedelcodicegenetico 36

La determinazione della direzione della sintesi proteica 37

• Isegnalidiinizioediterminazione(stop)sonoanch’essicodificatinelDNA 39

L’era della genomica 39

SOMMARIO 40

BIBLIOGRAFIA 41

DOMANDE 42

PARTE 2strUttUra e stUdio deLLe MaCroMoLeCoLe

Capitolo 3 L’importanza dei legami chimici deboli e forti 50

Caratteristiche dei legami chimici 50

• Ilegamichimicipossonoesserespiegatiinterminidimeccanicaquantistica 52

• Laformazionedeilegamichimiciimplicacambiamentidellaformadienergia 52

• Esisteunequilibriofrailegamicreatiequellidistrutti 52

Il concetto di energia libera 53

• KeqècorrelataalDGinmodoesponenziale 53

• Ilegamicovalentisonomoltoforti 53

I legami deboli nei sistemi biologici 54

• Ilegamidebolihannoun’energiacompresafra1e7kcal/mole 54

• Alletemperaturefisiologicheilegamidebolisiformanoesiromponocontinuamente 54

• Ladistinzioneframolecolepolarienonpolari 54

• LeforzedivanderWaals 55

• Legamiidrogeno 57

• Alcunilegamiionicisonolegamiidrogeno 57

• Leinterazionidebolirichiedonosuperficimolecolaricomplementari 58

• Lemolecoled’acquaformanolegamiidrogeno 58

• Legamideboliframolecoleinsoluzioneacquosa 58

© 978-8808-36480-7VIIIINDICE

• Illegameidrogenoèimportanteneldeterminarelaspecificitàdellecoppiedibasi 83

• Lebasipossonoruotareall’esternodelladoppiaelica 83

• IlDNAènormalmenteunadoppiaelicadestrorsa 83

• Ladoppiaelicapresentaunsolcomaggioreeunsolcominore 84

BOX 4.1 ESPERIMENTICHIAVE Il DNA ha, in soluzione, 10,5 coppie di basi per giro d’elica: l’esperimento con la mica 84

• Ilsolcomaggioreforniscemolteinformazioniditipochimico 85

• Ladoppiaelicapuòaveremoltepliciconformazioni 86

BOX 4.2 ESPERIMENTICHIAVE Come si ottiene la struttura del DNA dai segnali puntiformi di una lastra a raggi X 87

• IlDNAalcunevoltepuòformareun’elicasinistrorsa 89

• LeduecatenedelDNApossonosepararsi(denaturazione)eriassociarsi 89

• AlcunemolecolediDNAsonocircolari 93

Topologia del DNA 93

• Ilnumerodilegametopologico(linking number)èunaproprietàinvariantedelDNAcircolarecovalentementechiuso 93

• Ilnumerodilegametopologicohaduecomponenti:iltwisteilwrithe 94

• Lk0èillinkingnumberdiuncccDNAcompletamenterilassatoincondizionifisiologiche 95

• IlDNAnellecelluleèsuperavvoltonegativamente 96

• InucleosomiintroduconosuperavvolgimentinegativinelDNAdeglieucarioti 97

• LetopoisomerasipossonorilassareilDNAsuperavvolto 97

• IprocariotipossiedonospecialitopoisomerasicheintroduconosuperavvolgimentinellemolecolediDNA 98

• Letopoisomerasipermettonoanchel’eliminazionedinodielaseparazionedimolecolediDNA 98

• Letopoisomerasiusanounlegamecovalenteproteina-DNApertagliareesuccessivamenterisaldareifilamentidelDNA 100

• LetopoisomerasiformanounponteenzimaticoepermettonoilpassaggiodiunfilamentodiDNAattraversol’altro 101

• ItopoisomeridiDNApossonoessereseparatimedianteelettroforesi 102

• L’etidiocausaunosrotolamentodelladoppiaelicadelDNA 102

BOX 4.3 ESPERIMENTICHIAVE Dimostrazione che il DNA ha una periodicità dell’elica di circa 10,5 coppie di basi per giro utilizzando le proprietà topologiche di un DNA circolare 103

SOMMARIO 104

BIBLIOGRAFIA 105

DOMANDE 105

• Lemolecoleorganichechetendonoaformarelegamiidrogenosonoidrosolubili 59

• Ilegamiidrofobicistabilizzanolemacromolecole 60

BOX 3.1 CONCETTIAVANZATI L’unicità delle forme molecolari e il concetto di adattamento strutturale selettivo 60

• IlvantaggiodiunDGcompresofra2e5kcal/mole 61

• Ilegamidebolipermettonolaformazionedicomplessienzima-substrato 62

• Ilegamidebolimedianolamaggiorpartedelleinterazioniproteina-DNAeproteina-proteina 62

I legami ad alta energia 62

Le molecole che cedono energia sono termodinamicamente instabili 63

Nelle reazioni biochimiche gli enzimi abbassano l’energia di attivazione 65

L’energia libera nelle biomolecole 65

• L’idrolisideilegamiadaltaenergiaportaaunDGsignificativamentenegativo 66

I legami ad alta energia nelle reazioni biosintetiche 67

• Ilegamipeptidicisiidrolizzanospontaneamente 68

• UnDGpositivovieneaccoppiatoaunonegativo 69

L’attivazione dei precursori nelle reazioni di trasferimento di gruppo 69

• Laversatilitàdell’ATPneltrasferimentodigruppo 70

• L’attivazionedegliamminoacidipermezzodellegameconAMP 70

• Iprecursoridegliacidinucleicisonoattivatidallapresenzadi P P 71

• L’importanzadelrilasciodi P P nellasintesidegliacidinucleici 72

• Larotturadel P P caratterizzalamaggiorpartedellereazionibiosintetiche 73

SOMMARIO 74

BIBLIOGRAFIA 75

DOMANDE 76

Capitolo 4La struttura del DNA 77

Struttura del DNA 78

• IlDNAèformatodacatenepolinucleotidiche 78

• Ciascunabasesitrovanellasuaformatautomericapreferita 80

• Iduefilamentidelladoppiaelicasonoavvoltil’unosull’altroconunorientamentoantiparallelo 81

• Leduecatenedelladoppiaelicahannosequenzecomplementari 81

• Ladoppiaelicaèstabilizzatadall’accoppiamentofralebasiedalloroimpilamento 82

© 978-8808-36480-7 IXINDICE

Dalla sequenza amminoacidica alla struttura tridimensionale 135

• Ilripiegamentodelleproteine 135

• Predirelastrutturadiunaproteinadallasuasequenzaamminoacidica 136

BOX 6.4 ESPERIMENTICHIAVE La struttura tridimensionale di una proteina è specificata dalla sua sequenza amminoacidica (l’esperimento di anfinsen) 137

Cambiamenti conformazionali delle proteine 138

Le proteine riconoscono siti molecolari specifici 139

• ProteinechericonosconosequenzediDNA 139

• Interazioniproteina-proteina 142

• Proteinechericonosconol’RNA 143

Gli enzimi: proteine catalizzatrici 144

Regolazione dell’attività delle proteine 144

SOMMARIO 146

BIBLIOGRAFIA 147

DOMANDE 147

Capitolo 7tecniche di biologia molecolare 149

Gli acidi nucleici: tecniche di base 150

• L’elettroforesisugelseparalemolecolediDNAedRNAinbasealpesomolecolare 150

• LeendonucleasidirestrizionetaglianolemolecolediDNAinsitispecifici 151

• L’ibridazionepuòessereusataperidentificarespecifichemolecolediDNA 153

• LesondediibridazionepossonoidentificareDNAedRNAseparatiperelettroforesi 154

• IsolamentodiframmentispecificidiDNA 155

• ClonaggiodelDNA 156

• IlDNAinseritonelvettorepuòessereintrodottonegliorganismiospitimediantetrasformazione 157

• MedianteclonaggiosipossonocrearelibreriedimolecolediDNA 158

• UnclonespecificoinunalibreriadiDNApuòessereidentificatomedianteibridazione 159

• LasintesichimicadispecifichesequenzediDNA 160

• Lareazioneacatenadellapolimerasi(PCR)amplificaiDNAmedianteripetuticiclidireplicazionein vitro 161

• GruppidiframmentiinternidiDNArivelanolasequenzanucleotidica 161

BOX 7.1 TECNICHE La reazione a catena della polimerasi nelle indagini forensi 163

• Ilsequenziamento“inuncolposolo”(shotgun)delgenomabatterico 165

BOX 7.2 ESPERIMENTICHIAVE i sequenator sono utilizzati per il sequenziamento massivo di grandi quantità di dna 165

• Ilsequenziamentoshotgunconsentel’assemblaggioparzialediestesesequenzegenomiche 167

Capitolo 5La struttura e la versatilità dell’rna 107

L’RNA contiene il ribosio e l’uracile ed è normalmente a singolo filamento 107

Le catene di RNA si ripiegano su se stesse per formare brevi tratti a doppia elica simili al DNA di forma A 108

L’RNA può ripiegarsi per formare complesse strutture terziarie 111

BOX 5.1 RISVOLTIMEDICI Un interruttore a rna controlla la sintesi proteica del virus della leucemia murina 112

Sostituzioni nucleotidiche in combinazione con sonde chimiche consentono di prevedere la struttura dell’RNA 113

L’evoluzione diretta seleziona RNA che legano piccole molecole 114

BOX 5.2 TECNICHE La creazione di un rna che simula la proteina fluorescente verde tramite la tecnologia dell’evoluzione diretta 115

Alcuni RNA sono enzimi 116

• Ilribozimaamartello(hammerhead)taglial’RNAmediantelaformazionediunfosfatociclico29,39 117

• Unribozimanelcuoredelribosomaagiscesuuncentrodicarbonio 118

SOMMARIO 118

BIBLIOGRAFIA 119

DOMANDE 119

Capitolo 6La struttura delle proteine 122

Informazioni di base 122

• Gliamminoacidi 122

• Illegamepeptidico 123

• Lecatenepolipeptidiche 124

• Treamminoacidiconproprietàconformazionalispeciali 125

BOX 6.1 CONCETTIAVANZATI il grafico di ramachandran: le combinazioni permesse degli angoli di torsione f e c dello scheletro polipeptidico 125

L’importanza dell’acqua 126

Le proteine possono essere descritte su quattro livelli strutturali 127

I domini proteici 131

• Lecatenepolipeptidichesiripieganoinunoopiùdomini 131

BOX 6.2 CONCETTIAVANZATI Glossario 131

• Checosapossiamoapprenderedallostudiodellestruttureproteiche 133

• Classididominiproteici 133

• Segmentidiconnessione(linker)esnodi 134

• Modificazionipost-traduzionali 134

BOX 6.3 CONCETTIAVANZATI La molecola dell’anticorpo come esempio dell’organizzazione dei domini proteici 135

© 978-8808-36480-7XINDICE

PARTE 3iL ManteniMento deL GenoMa

Capitolo 8La struttura del genoma, la cromatina e il nucleosoma 202

La sequenza del genoma e la diversità cromosomica 203

• Ilcromosomapuòesserecircolareolineare 203

• Ognicellulamantieneunnumerodefinitodicromosomi 204

• Lagrandezzadelgenomaècorrelataallacomplessitàdell’organismo 206

• IlgenomadiE. colièformatoquasiinteramentedageni 207

• Gliorganismipiùcomplessihannounaminoredensitàgenica 207

• IgenirappresentanosoltantounapiccolaporzionedelDNAcromosomicoeucariotico 208

• LamaggiorpartedellesequenzeintergenicheumaneèformatadaDNAripetuto 210

Duplicazione del cromosoma e segregazione 211

• Icromosomieucarioticiperesseremantenutiduranteladivisionecellularerichiedonoicentromeri,itelomerieleoriginidireplicazione 211

• Laduplicazionedelcromosomaeucarioticoelasegregazioneavvengonoinfasiseparatedelciclocellulare 214

• Lastrutturadelcromosomacambiaduranteladivisionecellulareeucariotica 216

• LacoesionedeicromatidifratellielacondensazionedeicromosomisonomediatedalleproteineSMC 216

• Lamitosimantieneilmedesimonumeroparentaledicromosomi 218

• Nellefasigaplecellulesipreparanoperilciclocellularesuccessivoecontrollanocheilcicloprecedentesiaterminatocorrettamente 218

• Lameiosiriduceilnumerodeicromosomiparentali 220

• Almicroscopiopossonoessereevidenziatidiversilivellidistrutturadelcromosoma 222

Il nucleosoma 223

• Inucleosomisonoimattonifondamentalidelcromosoma 223

BOX 8.1 ESPERIMENTICHIAVE La nucleasi micrococcica e il dna associato al nucleosoma 224

• Gliistonisonopiccoleproteinecarichepositivamente 224

• Lastrutturaatomicadelnucleosoma 227

• GliistoninelnucleosomaleganotipicheregionidelDNA 227

• LeinterazionifrailcoreistonicoeilDNAsonomediatedamolticontattiindipendentidallasequenza 229

• Lastrategiadell’accoppiamentodelleestremitàconsentediprodurreampiassemblaggigenomici 168

• Ilsequenziamentodelgenomaumanoper1000dollarièaportatadimano 170

La genomica 171

• Labioinformaticafacilital’identificazionesuscalagenomicadeigenichecodificanoproteine 172

• Peranalizzareiltrascrittomavengonoutilizzatitiling arraychecopronol’interogenoma 172

• LesequenzediDNAconfunzioneregolatricepossonoessereidentificategrazieastrumentidiallineamentospecializzati 174

• Latecnicadell’editingdelgenomaèutilizzatapermodificareconprecisionegenomicomplessi 176

Le proteine 176

• Proteinespecifichepossonoessereisolatedaestratticellulari 176

• Lapurificazionediunaproteinarichiedeunsaggiospecifico 176

• Preparazionediunestrattocellularecontenenteproteineattive 177

• Leproteinepossonoessereseparatetraloroutilizzandolacromatografiasucolonna 177

• Separazionediproteinesugeldipoliacrilammide 179

• Glianticorpipossonoessereusatipervisualizzareproteineseparateperelettroforesi 180

• Lemolecoleproteichepossonoesseresequenziatedirettamente 181

La proteomica 182

• L’usocombinatodellacromatografialiquidaconlaspettrometriadimassapermettediidentificaresingoleproteinepresentiinunestrattocomplesso 184

• L’analisicomparativadeidiversiproteomirivelaimportantidifferenzetralecellule 184

• Laspettrometriadimassapuòindividuareanchelediversemodificazioniproteiche 185

• Leinterazioniproteina-proteinapossonofornireinformazionifunzionali 185

Le interazioni acidi nucleici-proteine 186

• LamobilitàelettroforeticadelDNAvariaconillegamediunaproteina 186

• UnaproteinalegataalDNAloproteggedallenucleasiedallamodificazionechimica 187

• L’immunoprecipitazionedellacromatinarivelal’associazionedelleproteineconilDNAnellecellule 189

• Isaggidicatturadellaconformazionedeicromosomisonoutilizzatiperstudiareleinterazionialungoraggio 191

• Laselezionein vitropuòessereusataperidentificaresulDNAosull’RNAilsitodilegamediunaproteina 191

BIBLIOGRAFIA 194

DOMANDE 194

© 978-8808-36480-7 XIINDICE

• L’idrolisidelpirofosfatoèilmotoreperlasintesidelDNA 262

Il meccanismo d’azione della DNA polimerasi 262

• LaDNApolimerasiutilizzaunsingolositoattivopercatalizzarelasintesidelDNA 262

BOX 9.1 TECNICHE Gli esperimenti di incorporazione possono essere usati per misurare la sintesi degli acidi nucleici e delle proteine 263

BOX 9.2 RISVOLTIMEDICI i farmaci antitumorali e antivirali agiscono sulla replicazione del dna 265

• LaDNApolimerasiassomigliaaunamanocheafferralagiunzioneinnesco:stampo 266

• LeDNApolimerasisonoenzimiprocessivi 269

• AttivitàesonucleasichecorreggonoeventualierroripresentisulDNAneosintetizzato 270

La forca replicativa 272

• EntrambiifilamentidiDNAvengonosintetizzatialivellodellaforcareplicativa 272

• L’iniziodiunnuovofilamentodiDNArichiedeuninnesco(primer)aRNA 273

• IprimeraRNAdevonoessererimossiaffinchélareplicazionedelDNApossaesserecompletata 274

• LaDNAelicasidisavvolgeladoppiaelicadavantiallaforcareplicativa 274

• LaDNAelicasitirailDNAasingolofilamentofacendolopassareattraversounporocentraleproteico 275

• ProteinechesileganoalDNAasingolofilamentostabilizzanolasuastrutturaprimadellareplicazione 277

• Letopoisomerasirimuovonoisuperavvolgimentiprodottidall’aperturadelDNAalivellodellaforcareplicativa 278

• GlienzimicheagisconoalivellodellaforcareplicativaestendonoilsubstratoutileperlaDNApolimerasi 279

La specializzazione delle DNA polimerasi 280

• LeDNApolimerasisonospecializzateinruolidifferentiall’internodellacellula 280

• Leproteinechepermettonoloscivolamentodellepolimerasi(slidingclamp)sulDNAaumentanonotevolmentelaprocessivitàdellaDNApolimerasi 281

• LeslidingclampvengonoaperteepiazzatesulDNAdacaricatorispecifici 283

BOX 9.3 CONCETTIAVANZATI L’atp controlla la funzione di una proteina: il caricamento della sliding clamp 285

La sintesi del DNA a livello della forca replicativa 286

• LeinterazionifraleproteinedellaforcareplicativadannoluogoalreplisomadiE. coli 289

La fase di inizio della replicazione 291

• Specifichesequenzegenomichepromuovonol’iniziodellareplicazionedelDNA 291

• Lecodeammino-terminalidegliistonistabilizzanoilDNAavvolgendosiattornoall’ottamero 230

• IlDNAarrotolatosulcoreistonicoaccumulaunasuperelicitànegativa 230

BOX 8.2 ESPERIMENTICHIAVE i nucleosomi e la densità di superelica 231

Strutture di ordine superiore della cromatina 233

• L’eterocromatinael’eucromatina 233

• L’istoneH1legailDNAlinkerfrainucleosomi 234

• Inucleosomidispostiinseriepossonoformarestrutturecomplesse:lafibrada30nm 234

• Lecodeammino-terminalidegliistoniintervengononellaformazionedellafibrada30nm 236

• UnulteriorecompattamentoèdeterminatodallaformazionediampieansediDNAnucleosomico 236

• Variantiistonichealteranolafunzionedelnucleosoma 237

Regolazione della struttura della cromatina 238

• L’interazionedelDNAconl’ottameroistonicoèdinamica 238

• Icomplessidirimodellamentopossonofacilitareilmovimentodeinucleosomi 239

• Alcuninucleosomisitrovanoinsitispecifici:ilposizionamentodeinucleosomi 240

BOX 8.3 ESPERIMENTICHIAVE determinazione della posizione dei nucleosomi nella cellula 243

• Lacodaammino-terminaledegliistonivienefrequentementemodificata 246

• Specificidominiproteicipresentineicomplessidirimodellamentoedimodificazionedeinucleosomiriconosconogliistonimodificati 248

• Enzimispecificisonoresponsabilidellemodificazionidegliistoni 249

• Lemodificazionidelnucleosomaeilrimodellamentocooperanoperaumentarel’accessibilitàalDNA 250

Assemblaggio dei nucleosomi 252

• InucleosomisonoassemblatiimmediatamentedopolareplicazionedelDNA 252

• L’assemblaggiodeinucleosomirichiedechaperonidegliistoni 253

SOMMARIO 255

BIBLIOGRAFIA 257

DOMANDE 257

Capitolo 9La replicazione del dna 259

La chimica della sintesi del DNA 260

• LasintesidelDNArichiededeossiribonucleosiditrifosfatoeunastrutturainnesco:stampo 260

• IlDNAèsintetizzatoallungandol’estremità39delprimer 261

© 978-8808-36480-7XIIINDICE

• Lariparazionedeimismatchrimuoveglierrorichesfuggonoalsistemadicorrezionedibozze 320

I danni al DNA 324

• IlDNAvaincontroafenomenidimutazionespontaneainseguitoaidrolisiedeamminazione 324

BOX 10.2 RISVOLTIMEDICI il test di ames 325

• L’alchilazione,l’ossidazioneel’irradiazionedanneggianoilDNA 326

BOX 10.3 CONCETTIAVANZATI La quantificazione del danno al dna e i suoi effetti sulla sopravvivenza cellulare e sulla mutagenesi 327

• Lemutazionisonocausateanchedaglianaloghidellebasiedagliagentiintercalanti 328

La riparazione e la tolleranza del danno al DNA 329

• RiparazionedirettadeldannoalDNA 330

• Glienzimidiriparazioneperescissionedibasieliminanolebasidanneggiate“ribaltandole”fuoridalDNA 330

• GlienzimicheriparanoperescissionenucleotidicataglianoilDNAdanneggiatosuentrambiimarginidellalesione 333

BOX 10.4 RISVOLTIMEDICI il legame del sistema di riparazione per escissione nucleotidica e della sintesi translesione con una malattia umana di origine genetica 334

• LaricombinazioneriparalerotturedelDNArecuperandolasequenzanucleotidicadalladoppiaelicanondanneggiata 335

• Lerottureadoppiofilamentosonoriparateanchedallagiunzionedirettadelleestremitànonomologhe 336

BOX 10.5 RISVOLTIMEDICI La giunzione delle estremità non omologhe 336

• LasintesitranslesionediDNApermetteallareplicazionedisuperareildanno 338

BOX 10.6 CONCETTIAVANZATI La famiglia Y delle dna polimerasi 340

SOMMARIO 343

BIBLIOGRAFIA 343

DOMANDE 344

Capitolo 11La ricombinazione omologa a livello molecolare 346

Spesso si hanno rotture nel DNA che danno inizio alla ricombinazione 347

I diversi modelli per la ricombinazione omologa 348

• Nellaricombinazioneomologal’invasionedelfilamentoèunpassaggioprecocefondamentale 349

• LarisoluzionedellegiunzionidiHollidayèunpassaggiofondamentalepercompletareloscambiogenetico 351

• Ilmodellodellariparazionedellerottureadoppiofilamentodescrivemoltieventiricombinativi 351

• Ilmodellodeirepliconiperl’iniziodellareplicazione 291

• Ireplicatoricomprendonositidilegameperl’iniziatoreesidenaturanofacilmente 292

BOX 9.4 ESPERIMENTICHIAVE L’identificazione delle origini di replicazione e dei replicatori 293

Il legame e la denaturazione locale della doppia elica: l’iniziatore seleziona e attiva l’origine 295

BOX 9.5 CONCETTIAVANZATI La replicazione del dna di E. coli è regolata dai livelli di DnaA•ATP e SeqA 296

• Interazioniproteina-proteinaeproteina-DNAdeterminanoilprocessodiiniziodellareplicazione 298

• Icromosomieucarioticivengonoreplicatiunasolavoltaogniciclocellulare 300

• Ilcaricamentodell’elicasièilprimopassaggionell’iniziodellareplicazioneeucariotica 301

• Ilcaricamentoel’attivazionedell’elicasisonoregolatiinmodotaledapermettereunsolociclodireplicazioneduranteciascunciclocellulare 304

• Analogiefral’iniziodellareplicazionedeglieucariotiequellodeiprocarioti 305

Il completamento della replicazione 306

• LetopoisomerasiIIsononecessariepersepararelemolecolediDNAfiglie 306

• Ilnormalemeccanismodisintesidelfilamentodiscontinuononèingradodicopiareleestremitàdeicromosomilineari 306

• LatelomerasièunaparticolareDNApolimerasichenonrichiedeunostampoesogeno 308

BOX 9.6 RISVOLTIMEDICI invecchiamento, cancro e l’ipotesi dei telomeri 310

• Latelomerasirisolveilproblemadellareplicazionedelleestremitàallungandoilterminale39delcromosoma 310

• Leproteinecheleganoiltelomeroinfluenzanol’attivitàtelomerasicaelalunghezzadeltelomero 311

• Leproteinecheleganoiltelomeroproteggonoleestremitàdelcromosoma 312

SOMMARIO 314

BIBLIOGRAFIA 315

DOMANDE 315

Capitolo 10La mutabilità e la riparazione del dna 317

Gli errori di replicazione e la loro riparazione 318

• Idiversitipidimutazione 318

• Alcunierroridireplicazionesfuggonoallacorrezione 319

BOX 10.1 RISVOLTIMEDICI L’espansione delle ripetizioni a triplette come causa di malattia 319

© 978-8808-36480-7 XIIIINDICE

Capitolo 12La ricombinazione sito-specifica e la trasposizione del dna 383

La ricombinazione conservativa sito-specifica 384

• Laricombinazionesito-specificaavvienesuspecifichesequenzedelDNAbersaglio 384

• Lericombinasisito-specifichetaglianoeriunisconoilDNApermezzodiunintermediocovalenteproteina-DNA 386

• LaserinaricombinasiintroducenelDNAdellerottureadoppiofilamentoepoiscambiaifilamentiperpromuoverelaricombinazione 388

• LastrutturadelcomplessofralaserinaricombinasieilDNAsuggeriscecheloscambiodelfilamentoavvienegrazieaunarotazionedellesubunità 389

• LetirosinaricombinasiromponoeriunisconounacoppiadifilamentidiDNAallavolta 389

• LestrutturedelletirosinaricombinasilegatealDNAsvelanoilmeccanismodelloscambiodelDNA 390

BOX 12.1 RISVOLTIMEDICI L’applicazione della ricombinazione sito-specifica all’ingegneria genetica 391

Funzioni biologiche della ricombinazione sito-specifica 393

• L’integrasidilpromuovel’integrazioneel’escissionedelgenomaviralenelcromosomadellacellulaospite 393

• L’escissionedelbatteriofagolrichiedeunanuovaproteinachecurvailDNA 395

• LaricombinasiHininverteunsegmentodiDNApermettendol’espressionedigenialternativi 395

• LaricombinazionediHinnecessitadiunenhanceraDNA 396

• LericombinasiconvertonomolecolecircolaridiDNAmultimericheinmonomeri 397

BOX 12.2 CONCETTIAVANZATI La ricombinasi Xer catalizza la monomerizzazione dei cromosomi batterici e di molti plasmidi batterici 398

• CisonoaltrimeccanismiperdirigerelaricombinazionesuspecificisegmentidiDNA 399

La trasposizione 399

• Latrasposizionespostaelementigeneticiinnuoveposizionicromosomiche 399

• Cisonotreclassiprincipalidielementitrasponibili 401

• ItrasposoniaDNAcontengonoilgenedellatrasposasi,fiancheggiatodaisitidiricombinazione 401

• Itrasposonipossonoesseresiaelementiautonomichenonautonomi 402

• Iretrotrasposonisimiliaiviruseiretroviruscontengonodellesequenzeterminaliripetuteeduegeniimportantiperlaricombinazione 402

Gli apparati proteici per la ricombinazione omologa 354

BOX 11.1 CONCETTIAVANZATI Come risolvere un intermedio di ricombinazione con due giunzioni di Holliday 355

• L’elicasi/nucleasiRecBCDprocessa,perlaricombinazione,lemolecolediDNArotte 356

• IsitiChiregolanoRecBCD 359

• LaproteinaRecAsiassemblasulDNAasingolofilamentoepromuovel’invasionedelfilamento 360

• All’internodelfilamentoRecAsiformanodeinuoviappaiamentitrafilamenti 362

• IntuttigliorganismisonopresentidegliomologhidiRecA 364

• IlcomplessoRuvABriconoscespecificamentelegiunzionidiHollidayepromuovelamigrazionedelchiasma 365

• PercompletarelaricombinazioneRuvCtagliaspecificifilamentidiDNAalivellodellagiunzionediHolliday 365

La ricombinazione omologa negli eucarioti 367

• Laricombinazioneomologaneglieucariotihaulteriorifunzioni 367

• Laricombinazioneomologaènecessariaperlasegregazionedeicromosomidurantelameiosi 367

• Durantelameiosisihaunaformazioneprogrammatadirottureadoppiofilamento 368

• LaproteinaMRXprocessaleestremitàdiDNAtagliateperassemblarvileproteinesimiliaRecAchescambianoilfilamento 369

• Dmc1èunaproteinasimileaRecAchefunzionainmodospecificonellaricombinazionemeiotica 370

• Laricombinazionemeioticaèdatadall’attivitàdimolteproteine 371

BOX 11.2 RISVOLTIMEDICI il prodotto dell’oncosoppressore BrCa2 interagisce con la proteina rad51 e controlla la stabilità del genoma 372

BOX 11.3 RISVOLTIMEDICI proteine associate a invecchiamento precoce e cancro favoriscono una via alternativa per il processamento delle giunzioni di Holliday 373

Il cambio del mating type 374

• Ilcambiodelmatingtypeiniziaconunarotturaadoppiofilamentoinunpuntospecifico 375

• Ilcambiodelmatingtypeèuneventodiconversionegenicanonassociatoalcrossingover 376

Le conseguenze genetiche della ricombinazione omologa 378

• LariparazionedelDNAdurantelaricombinazioneèunadellecausedellaconversionegenica 379

SOMMARIO 380

BIBLIOGRAFIA 381

DOMANDE 381

© 978-8808-36480-7XIVINDICE

• L’iniziodellatrascrizionerichiedetrepassaggidistinti 441

Il ciclo della trascrizione nei batteri 441

• Ipromotoribatterici,puravendoalcunecaratteristichebendefinite,sidifferenzianoperlasequenzaelaforza 441

BOX 13.1 TECNICHE Le sequenze consenso 443

• Ilfattoresmediaillegamedellapolimerasialpromotore 444

• Latransizioneacomplessoapertocomportadeicambiamentistrutturalinell’RNApolimerasienelpromotore 445

• Latrascrizioneèiniziatadall’RNApolimerasisenzal’ausiliodiunprimer 447

• Nellaprimafasedellatrascrizionel’RNApolimerasirestafermaetirailDNAavallealsuointerno 448

• L’evasionedalpromotorerichiedelarotturadelleinterazionitralapolimerasieilpromotoreetrailcoreenzimaticoeilfattores 449

BOX 13.2 CONCETTIAVANZATI Le rna polimerasi a singola subunità 450

• LapolimerasiinfasediallungamentoèunamacchinaprocessivachesimultaneamentesintetizzaRNAecorreggelebozzedell’RNA 450

• L’RNApolimerasisipuòbloccareeaverebisognodiessererimossa 452

• Latrascrizioneterminagrazieadalcunisegnaliall’internodellasequenzadell’RNA 452

La trascrizione negli eucarioti 455

• IlcoredeipromotoridellaRNApolimerasiIIècostituitodacombinazionidiquattroclassidifferentidielementidisequenza 456

• L’RNApolimerasiIIformasulpromotoreuncomplessodipreinizioconifattorigeneraliditrascrizione 456

• L’evasionedalpromotorerichiedelafosforilazionedella“coda”dellapolimerasi 458

• TBPsilegaalDNAelopiegausandounfogliettobinseritonelsolcominore 458

• Ifattorigeneraliditrascrizionehannoanchefunzionispecifichenellafasediinizio 459

• In vivo,l’iniziodellatrascrizionehabisognodialtreproteine,inclusoilcomplessodelMediatore 461

• IlMediatoreècompostodamoltesubunità,alcunedellequalisonoconservatedallievitoall’uomo 461

• Unnuovogruppodifattoristimolal’allungamentoelacapacitàdicorrezionedellaPolII 462

• LepolimerasiinfasediallungamentodevonorisolvereilproblemadellapresenzadegliistonisulDNA 464

• Lapolimerasiinallungamentosiassociaconunnuovogruppodifattoriproteici,necessariallamaturazionedell’RNA 465

• Laterminazionedellatrascrizioneèassociataalladistruzionedell’RNAdapartediunaRNasialtamenteprocessiva 468

• Iretrotrasposonipoli-Aassomiglianoaigeni 403

• LatrasposizioneaDNAavvieneconunmeccanismodeltipotagliaeincolla 403

• Nellatrasposizionedeltipotagliaeincollal’intermedioèrisoltoconilsistemadiriparazionedellerotture 405

• EsistonomolteplicimeccanismipertagliareilfilamentonontrasferitodurantelatrasposizionedelDNA 406

• LatrasposizioneaDNAmediantemeccanismoreplicativo 408

• IretrotrasposonisimiliaiviruseiretrovirussimuovonotramiteunintermedioaRNA 409

• LeDNAtrasposasieleintegrasiretroviralifannopartediunasuperfamigliaproteica 411

• Iretrotrasposonipoli-Asimuovonoconunmeccanismodeltipo“splicinginverso” 412

Alcuni esempi di elementi trasponibili e della loro regolazione 414

BOX 12.3 ESPERIMENTICHIAVE Gli elementi del mais e la scoperta dei trasposoni 415

• LafamigliadeitrasposoniIS4ècostituitadaelementicompattidotatidimolteplicimeccanismipercontrollareilnumerodellecopie 415

• IlfagoMuèuntrasposonemoltorobusto 417

• PerevitareditrasporsinelproprioDNA,Muutilizzal’immunitàdelsitobersaglio 418

BOX 12.4 CONCETTIAVANZATI il meccanismo dell’immunità dalla trasposizione del sito di origine 419

• GlielementiTc1/marinersonoelementidigrandesuccessoneglieucarioti 420

• GlielementiTydellievitositraspongononelgenomainrifugidisicurezza 421

• GlielementiLINEpromuovonolapropriatrasposizioneeanchequelladiRNAcellulari 422

La ricombinazione V(D)J 423

• GlieventiprecocidellaricombinazioneV(D)Javvengonoconunmeccanismosimileall’escissionedeitrasposoni 425

SOMMARIO 427

BIBLIOGRAFIA 427

DOMANDE 428

PARTE 4espressione deL GenoMa

Capitolo 13i meccanismi della trascrizione 436

Le RNA polimerasi e il ciclo della trascrizione 437

• LeRNApolimerasipossonoavereformediversemacondividonomoltecaratteristiche 437

• LatrascrizionedapartedellaRNApolimerasiavvieneinunaseriedipassaggi 439

© 978-8808-36480-7 XVINDICE

connessunmeccanismostandardeprobabilmenteutilizzanuovestrategie 497

BOX 14.3 ESPERIMENTICHIAVE L’identificazione dei siti di ancoraggio e delle sequenze selettrici 499

• Losplicingalternativoèregolatodaattivatorierepressori 500

• Laregolazionedellosplicingalternativodeterminailsessodeimoscerini 502

• Uninterruttoredisplicingalternativocontrollalapluripotenza 504

BOX 14.4 RISVOLTIMEDICI errori nello splicing del pre-mrna causano diverse malattie umane 506

Il rimescolamento degli esoni 507

• Gliesonivengonorimescolatimediantericombinazioneperprodurregenichecodificanonuoveproteine 507

L’editing dell’RNA 509

• L’editingdell’RNArappresentaunaltromodopermodificarelasequenzadiunmRNA 509

BOX 14.5 RISVOLTIMEDICI Le deamminasi e l’HiV 511

• GliRNAguidadirigonol’inserzioneeladelezionedelleuridine 511

Il trasporto dell’mRNA 513

• L’mRNAmaturovieneimpacchettatoedesportatodalnucleoalcitoplasmaperlatraduzione 513

SOMMARIO 514

BIBLIOGRAFIA 516

DOMANDE 517

Capitolo 15La traduzione 518

RNA messaggero 519

• Lecatenepolipeptidichesonospecificatedallesequenzeconfasediletturaaperta 519

• GlimRNAprocarioticihannounsitodilegameperilribosomachereclutailmacchinarioperlatraduzione 521

• GlimRNAeucarioticisonomodificatialleestremità59e39perfacilitarelatraduzione 521

RNA transfer 522

• ItRNAagisconodaadattatoritracodonieamminoacidi 522

• ItRNAhannoincomuneunastrutturasecondariaconformasimileauntrifoglio 522

BOX 15.1 CONCETTIAVANZATI Gli enzimi che aggiungono la sequenza CCa: un meccanismo di sintesi dell’rna in assenza di uno stampo 523

• ItRNAhannounastrutturatridimensionalea“L” 524

Il legame degli amminoacidi al tRNA 524

• ItRNAvengonocaricaticonunamminoacidochesilegaall’adenosinadell’estremità39tramiteunlegameacilicoadaltaenergia 524

• L’amminoacil-tRNAsintetasicaricaitRNAinduepassaggi 524

La trascrizione dell’RNA polimerasi I e III 469

• LeRNAPolIePolIIIriconosconopromotoridistintieutilizzanogruppidiversidifattoriditrascrizione,marichiedonosempreTBP 469

• L’RNAPolItrascriveesclusivamenteigeniperrRNA 470

• IpromotoridellaPolIIIsitrovanoavalledelsitod’iniziodellatrascrizione 470

SOMMARIO 471

BIBLIOGRAFIA 472

DOMANDE 473

Capitolo 14Lo splicing dell’rna 475

BOX 14.1 ESPERIMENTICHIAVE L’adenovirus e la scoperta dello splicing 477

La chimica dello splicing dell’RNA 479

• Lesequenzeall’internodell’RNAdeterminanodoveavvienelosplicing 479

• L’intronevienerimossoinunaformaacappiodettalariategliesonilateralivengonouniti 479

Il macchinario dello spliceosoma 481

• Losplicingdell’RNAvieneeffettuatodauncomplessomoltograndechiamatospliceosoma 481

Le vie dello splicing 482

• Assemblaggio,riarrangiamentiecatalisiall’internodellospliceosoma:ilpercorsodellosplicing 482

• L’assemblaggiodellospliceosomaèvariabileedinamicoeilsuodisassemblaggiogarantiscechelareazionedisplicingnellacellulavadasoloinavanti 484

• Gliintroniself-splicingdimostranochel’RNApuòcatalizzarelosplicing 485

BOX 14.2 ESPERIMENTICHIAVE La conversione in ribozimi degli introni del gruppo i 486

• GliintronidelgruppoIrilascianounintronelineareanzichéuncappio 486

• Comefalospliceosomaatrovareconprecisioneisitidisplicing? 488

Varianti di splicing 491

• GliesoniappartenentiadiversemolecolediRNApossonoessereunitiattraversounosplicingintrans 491

• UngrupporistrettodiintronièprocessatodaunospliceosomaalternativoformatodauncorredodiversodisnRNP 491

Lo splicing alternativo 492

• Isingoligenipossonodareorigineaprodottidiversigrazieallosplicingalternativo 492

• Esistonodiversimeccanismipergarantireunosplicingmutualmenteesclusivo 494

• L’incredibilecasodelgeneDscamdiDrosophila:unesempiodisplicingmutualmenteesclusivosulargascala 496

• Losplicingmutualmenteesclusivodell’esone6diDscamnonpuòessereottenuto

© 978-8808-36480-7XVIINDICE

• EF-Gfaavanzarelatraslocazionestabilizzandogliintermedidiquestafase 552

• EF-Tu-GDPedEF-G-GDPdevonoscambiareilGDPconGTPprimadipoterpartecipareaunnuovociclodiallungamento 553

• IlciclodiformazionediunlegamepeptidicoconsumaduemolecolediGTPeunadiATP 554

BOX 15.4 CONCETTIAVANZATI Le proteine che legano il Gtp, i cambiamenti conformazionali, la precisione e l’ordine degli eventi della traduzione 555

Terminazione della traduzione 556

• Ifattoridirilascioterminanolatraduzioneinrispostaaicodonidistop 556

• AlcunebreviregionideifattoridirilasciodiclasseIriconosconoicodonidistopeinnescanoilrilasciodellacatenapeptidica 556

• LoscambioGDP/GTPel’idrolisidelGTPcontrollanoilfunzionamentodelfattoredirilasciodiclasseII 558

• IlfattorediriciclaggiodelribosomasimulauntRNA 559

BOX 15.5 RISVOLTIMEDICI Gli antibiotici arrestano la divisione cellulare bloccando passaggi specifici della traduzione 561

La regolazione della traduzione 564

• NeibatterileproteineogliRNAchesileganovicinoalsitodilegamedelribosomaregolanonegativamentel’iniziodellatraduzione 564

• Laregolazionedellatraduzioneneiprocarioti:leproteineribosomialisonodeirepressoritraduzionalidellapropriasintesi 565

• Iregolatoriglobalidellatraduzioneeucarioticaagisconosuifattoriindispensabiliperilriconoscimentodell’mRNAeillegamedeltRNAiniziatorealribosoma 567

• Le4E-BPspecificheperunmRNAcontrollanospazialmentelatraduzione 569

• Unaproteinadilegameall’RNA,regolatadalferro,controllalatraduzionedellaferritina 570

• Latraduzionedell’attivatoretrascrizionaledellievitoGcn4ècontrollatadapiccoleORFamonteedall’abbondanzadiuncomplessoternario 571

BOX 15.6 TECNICHE determinazione del profilo dei ribosomi e dei polisomi 573

La regolazione della stabilità dell’mRNA e delle proteine dipendente dalla traduzione 575

• L’RNASsrAliberairibosomichetraduconomRNAspezzati 575

BOX 15.7 RISVOLTIMEDICI Un farmaco di prima linea nella terapia della tubercolosi ha per bersaglio l’indirizzamento al ribosoma di ssra 577

• LecelluleeucariotichedegradanoglimRNAincompletiodotatidicodonidistopprematuri 578

• Ciascunaamminoacil-tRNAsintetasiattaccaunsoloamminoacidoaunoopiùtRNA 525

• LetRNAsintetasiriconosconolecaratteristichestrutturaliesclusivedeirispettivitRNA 526

• Laformazionedell’amminoacil-tRNAèmoltoaccurata 527

• Alcuneamminoacil-tRNAsintetasiusanounsitodicorrezionepercaricareiltRNAconunaltogradodiaccuratezza 528

• IlribosomanonèingradodidistingueretratRNAcaricatiinmodocorrettoononcorretto 528

Il ribosoma 529

BOX 15.2 CONCETTIAVANZATI La selenocisteina 529

• Ilribosomaècostituitodaunasubunitàmaggioreedaunaminore 530

• Lesubunitàmaggioreeminoresiassocianoesidissocianoaognicicloditraduzione 532

• Inuoviamminoacidivengonoattaccatiall’estremitàC-terminaledellacatenapolipeptidicanascente 533

• IlegamipeptidicisiformanomedianteiltrasferimentodellacatenapolipeptidicanascentedauntRNAall’altro 533

• GliRNAribosomialisonodeterminantisiastrutturalichecataliticidelribosoma 534

• IlribosomahatresitidilegameperiltRNA 535

• Icanalicheattraversanoilribosomapermettonoall’mRNAeallacatenapolipeptidicanascentedientrareediusciredalribosoma 535

Inizio della traduzione 538

• GlimRNAprocarioticivengonoinizialmentereclutatidallasubunitàminoretramiteappaiamentodibasiconl’rRNA 538

• UntRNAspecializzato,caricatoconunametioninamodificata,silegadirettamenteallasubunitàminoreprocariotica 539

• Trefattorid’iniziodirigonol’assemblaggiodiuncomplessoiniziatorechecontienel’mRNAeiltRNAiniziatore 539

• Iribosomieucarioticivengonoreclutatisull’mRNAdalCapal59 540

BOX 15.3 CONCETTIAVANZATI uorF e ires: eccezioni che confermano la regola 541

• Ifattorid’iniziodellatraduzionemantengonol’mRNAeucarioticoinunaconformazionecircolare 544

• Ilcodoned’iniziovienetrovatoleggendolasequenzadell’mRNAapartiredall’estremità59 545

Allungamento durante la traduzione 547

• Gliamminoacil-tRNAvengonotrasferitisulsitoAdalfattorediallungamentoEF-Tu 547

• Ilribosomautilizzadiversimeccanismiperevitarediselezionaregliamminoacil-tRNAerrati 548

• Ilribosomaèunribozima 550

• Laformazionedellegamepeptidicofainiziarelatraslocazionenellasubunitàmaggiore 552

© 978-8808-36480-7 XVIIINDICE

PARTE 5La reGoLazione

Capitolo 18La regolazione della trascrizione nei procarioti 629

I principi della regolazione trascrizionale 629

• L’espressionegenicaècontrollatadaproteineregolatrici 629

• Lamaggiorpartedegliattivatoriedeirepressoriagiscealivellodell’iniziodellatrascrizione 630

• Moltipromotorisonoregolatidagliattivatori,chefavorisconoillegamedell’RNApolimerasialDNA,edairepressori,chebloccanoquestolegame 630

• Alcuniattivatorierepressorifunzionanoallostericamenteeregolanopassaggidell’iniziodellatrascrizionesuccessiviallegamedell’RNApolimerasi 631

• Azioneadistanzaeformazionediun’ansasulDNA 632

• Illegamecooperativoel’allosteriasvolgonomoltefunzioninellaregolazionegenica 633

• Antiterminazioneeoltre:nontuttalaregolazionedell’espressionegenicaagiscesull’iniziodellatrascrizione 634

La regolazione dell’inizio della trascrizione: alcuni esempi nei procarioti 634

• L’espressionedeigenilacècontrollatadaunattivatoreedaunrepressore 634

• CAPeilrepressoreLacinfluenzanoinmodooppostoillegamedell’RNApolimerasialpromotorelac 636

• CAPutilizzasuperficiseparatedellaproteinaperl’attivazioneeillegamealDNA 636

BOX 18.1 ESPERIMENTICHIAVE Gli esperimenti di bypass dell’attivatore 638

• LaproteinaCAPeilrepressoreLacleganoilDNApermezzodiuncomunemotivostrutturale 638

• LeattivitàdelrepressoreLacediCAPsonocontrollateallostericamentedailorosegnali 640

BOX 18.2 ESPERIMENTICHIAVE Jacob, Monod e le loro teorie sulla regolazione genica 642

• Ilcontrollocombinatorio:CAPcontrollaanchealtrigeni 644

• FattorisalternatividirigonolaRNApolimerasisuseriealternativedipromotori 644

• NtrCeMerR:dueattivatoritrascrizionalicheagisconopermezzodell’allosteriaenondelreclutamento 645

• NtrCèdotatodiun’attivitàATPasicaeagiscesulDNAinsitilontanidalgene 645

• MerRattivalatrascrizionefacendoruotareilDNAdelpromotore 646

• AlcunirepressoritrattengonolaRNApolimerasisulpromotoreinvecediescluderla 647

• AraCcontrollal’operonearaBADmediantel’antiattivazione 648

SOMMARIO 581

BIBLIOGRAFIA 583

DOMANDE 583

Capitolo 16il codice genetico 585

Il codice è degenerato 585

• Riconoscereunordinenelcodice 587

• Tentennamentodell’anticodone 587

• Trecodonideterminanolafinedellacatena 589

• Comevennedecifratoilcodice 589

• IncorporazionediamminoacidispecificidapartedimRNAsintetici 589

• Poli-Ucodificalapoli-fenilalanina 590

• Icopolimerimisticonsentironol’assegnazionedialtricodoni 591

• L’RNAtransfersilegaacodonitrinucleotidicidefiniti 592

• Assegnazionedeicodonitramitecopolimeriripetitivi 592

Tre regole disciplinano il codice genetico 593

• Tretipidimutazionipuntiformialteranoilcodicegenetico 594

• Provageneticacheilcodicevienelettoingruppiditreunità 595

Mutazioni di soppressione possono trovarsi nello stesso gene o in geni diversi 595

• LasoppressioneintergenicacoinvolgetRNAmutanti 596

• Isoppressorinonsensoleggonoancheinormalisegnaliditerminazione 598

• Laprovadellavaliditàdelcodicegenetico 598

Il codice genetico è pressoché universale 599

BOX 16.1 CONCETTIAVANZATI espandere il codice genetico 601

SOMMARIO 602

BIBLIOGRAFIA 603

DOMANDE 603

Capitolo 17L’origine e l’evoluzione iniziale della vita 606

Quando è sorta la vita sulla Terra? 608

Quali furono le basi della chimica organica prebiotica? 609

La vita si è evoluta da un mondo a RNA? 612

È possibile creare ribozimi autoreplicanti tramite evoluzione diretta? 613

L’evoluzione darwiniana richiede protocellule in grado di autoreplicarsi 616

La vita è nata sulla Terra? 619

SOMMARIO 620

BIBLIOGRAFIA 620

DOMANDE 621

© 978-8808-36480-7XVIIIINDICE

Reclutamento sui geni di complessi proteici indotto dagli attivatori trascrizionali eucariotici 681

• Gliattivatorireclutanoilcomplessotrascrizionalesuigeni 681

BOX 19.2 TECNICHE i saggi Chip-Chip e Chip-seq sono i metodi migliori per identificare gli enhancer 682

• Gliattivatorireclutanoanchemodificatorideinucleosomichepermettonoalcomplessotrascrizionaledilegarsialpromotoreoiniziarelatrascrizione 683

• Gliattivatorireclutanosualcunipromotorialtrifattorinecessariperuninizioefficienteoperl’allungamento 685

BOX 19.3 RISVOLTIMEDICI Modificazioni istoniche, allungamento trascrizionale e leucemia 686

• Attivitàadistanza:loopeisolatori 688

• Perlacorrettaregolazionedialcunigruppidigenisononecessariespecificheregionidicontrollo 689

Integrazione del segnale e controllo combinatorio 691

• Gliattivatorioperanoinmodosinergicoperintegrareisegnali 691

• Integrazionedelsegnale:ilgeneHOècontrollatodadueregolatori,unoreclutamodificatorideinucleosomi,l’altroreclutaunmediatore 692

• Integrazionedelsegnale:legamecooperativodegliattivatorisulgenedell’interferonebumano 693

• Ilcontrollocombinatoriodell’attivitàgenicaèfondamentaleperlacomplessitàeladiversitàdeglieucarioti 694

• IlcontrollocombinatoriodeigenidelmatingtypediS. cerevisiae 696

BOX 19.4 ESPERIMENTICHIAVE Come si evolve un circuito di regolazione 697

Repressori trascrizionali 698

Trasduzione del segnale e controllo dei regolatori trascrizionali 700

• Isegnalisonospessocomunicatiairegolatoritrascrizionaliattraversovieditrasduzionedelsegnale 700

• Varisegnalicontrollanoiregolatoritrascrizionalieucarioticiindiversimodi 702

Silenziamento genico determinato dalla modificazione degli istoni e del DNA 703

• Ilsilenziamentonellievitoèmediatodadeacetilazioneemetilazionedegliistoni 704

• InDrosophilaHP1riconoscegliistonimetilatielacromatinacondensata 706

• LarepressionemediatadaPolycombutilizzaanchelametilazioneistonica 707

BOX 19.5 CONCETTIAVANZATI esiste un codice istonico? 708

• LametilazionedelDNAneimammiferièassociataalsilenziamentogenico 709

BOX 19.6 RISVOLTIMEDICI La repressione della trascrizione e le malattie umane 710

BOX 18.3 RISVOLTIMEDICI il blocco della virulenza mediante silenziamento dei meccanismi di comunicazione intercellulare 649

L’esempio del batteriofago l: livelli di regolazione diversi 650

• Schemialternatividiespressionegenicacontrollanolacrescitaliticaequellalisogenica 651

• Leproteineregolatricieilorositidilegame 653

• Ilrepressoredillegal’operatoreinmodocooperativo 654

BOX 18.4 CONCETTIAVANZATI Concentrazione, affinità e legame cooperativo 655

• IlrepressoreeCrosileganosecondoschemialternativipercontrollareilcicloliticoequellolisogenico 657

• L’induzionelisogenicarichiedeiltaglioproteoliticodelrepressoredil 657

• L’autoregolazionenegativadelrepressorerichiededelleinterazionialungadistanzaeun’ampiaansadiDNA 658

BOX 18.5 ESPERIMENTICHIAVE L’evoluzione dell’interruttore di l 660

• Inseguitoall’infezionediunnuovoospite,unaltroattivatore,lCII,controllalasceltatracicloliticoelisogenico 662

• Ilnumerodiparticellefagichecheinfettanounacellulainfluenzal’andamentoliticoolisogenicodell’infezione 662

• LecondizionidicrescitadiE. coliinfluenzanolastabilitàdellaproteinaCIIediconseguenzalasceltatracicloliticoelisogenico 663

BOX 18.6 ESPERIMENTICHIAVE Gli approcci genetici che hanno portato all’isolamento dei geni coinvolti nella scelta tra ciclo litico e lisogenico 664

• L’antiterminazionetrascrizionalenellosviluppodil 665

• Laretroregolazione:l’espressionedelgeneintèdeterminatadaungiocodicontrollisullasintesielastabilitàdell’RNA 666

SOMMARIO 668

BIBLIOGRAFIA 669

DOMANDE 670

Capitolo 19 La regolazione della trascrizione negli eucarioti 672

I meccanismi che regolano la trascrizione sono conservati dal lievito ai mammiferi 674

• GliattivatorihannodominidilegamealDNAedominidiattivazioneseparati 675

• IregolatorideglieucariotiusanodominidifferentiperillegamealDNA,mailriconoscimentodelDNAsibasasuglistessiprincipidiquellideibatteri 676

BOX 19.1 TECNICHE il saggio dei due ibridi 677

• Leregionidiattivazionesonostrutturenonbendefinite 680

© 978-8808-36480-7 XIXINDICE

• L’RNAièdiventatounpotentesistemapermanipolarel’espressionegenica 744

Gli RNA lunghi non codificanti e l’inattivazione del cromosoma X 746

• GliRNAlunghinoncodificantisvolgonomoltiruolinellaregolazionegenica,compresiglieffetticisetranssullatrascrizione 746

• L’inattivazionedelcromosomaXportaaindividuiamosaico 747

• XistèunlncRNAcheinattivaunsolocromosomaXnellefemminedimammifero 747

SOMMARIO 748

BIBLIOGRAFIA 750

DOMANDE 751

Capitolo 21La regolazione genica nello sviluppo e nell’evoluzione 752

BOX 21.1 RISVOLTIMEDICI La formazione delle cellule ips 753

Tre strategie con cui le cellule sono indotte a esprimere specifici gruppi di geni durante lo sviluppo 754

• AlcunimRNAsilocalizzanoinzonepreciseall’internodellacellulauovoedell’embrionegrazieaunapolaritàintrinsecadelcitoscheletro 754

• Ilcontattocellula-cellulaelemolecolesegnaledisecrezionestimolanocambiamentidell’espressionegenicanellecellulevicine 755

• Ilgradientedellemolecolesegnalepuòindurrelecelluleaseguirediverseviedisviluppoinbaseallaloroposizione 756

Esempi delle tre strategie utilizzate per stabilire l’espressione genica differenziale 758

• LalocalizzazionedelrepressoreAsh1controllailmatingtypedellievitoattraversoilsilenziamentodelgeneHO 758

BOX 21.2 CONCETTIAVANZATI il citoscheletro: asimmetria e crescita 760

• UnmRNAlocalizzatopromuoveildifferenziamentomuscolarenell’embrionedell’ascidia 761

• Ilcontattocellula-cellulastimolal’espressionegenicadifferenzialenelbatteriosporigenoBacillus subtilis 762

• Unoscambioregolativoepidermide-neuroniècontrollatodalsegnalediNotchnelsistemanervosocentraledegliinsetti 763

• IlgradientedelmorfogenoSonichedgehogcontrollalaformazionedeidiversitipidineuronineltuboneuraledeivertebrati 764

La biologia molecolare dell’embriogenesi di Drosophila 765

• Unasintesidell’embriogenesidiDrosophila 765

BOX 21.3 CONCETTIAVANZATI Lo sviluppo di Drosophila 766

L’epigenetica regola l’espressione genica 711

• Alcunemodalitàdiespressionegenicavengonoereditateconladivisionecellulareanchequandoilsegnalescatenantenonèpiùpresente 712

SOMMARIO 714

BIBLIOGRAFIA 715

DOMANDE 716

Capitolo 20Gli rna regolatori 718

La regolazione mediata da RNA nei batteri 718

• Iriboswitchsitrovanoall’internodeitrascrittideigenidicuicontrollanol’espressioneattraversocambiamentidellastrutturasecondaria 720

BOX 20.1 CONCETTIAVANZATI Gli operoni per la biosintesi degli amminoacidi sono regolati mediante l’attenuazione 722

• GliRNAcomeagentidifensivineiprocariotienegliarchei 725

• LesequenzeCRISPRsonounsegnaledisopravvenuteinfezioniedell’acquisizionediunaresistenza 725

• Lesequenzespaziatricisonoacquisitedavirusdopol’infezione 726

• UnaCRISPRètrascrittacomeunsingoloRNApiùlungo,chevienepoiprocessatoinspeciepiùcortedestinatealladistruzionediDNAoRNAinvasori 727

Gli RNA regolatori sono universalmente diffusi negli eucarioti 729

• IpiccoliRNAchesilenzianoigenisonogeneratidadiversefontiedirigonoilsilenziamentogenicointremodidistinti 729

Sintesi e funzione dei miRNA 732

• ImiRNAhannounatipicastrutturacheaiutaaidentificarlieaindividuareilorogenibersaglio 732

• UnmiRNAattivovieneprodottomedianteduepassaggidiprocessamentonucleolitico 734

• Dicerèilsecondoenzimachetaglial’RNAcoinvoltonellaproduzionedelmiRNAel’uniconecessarioperlaproduzionedeisiRNA 734

Il silenziamento dell’espressione genica grazie ai piccoli RNA 735

• L’incorporazionedelfilamentodiRNAguidainRISCportaallaformazionedelcomplessomaturo,prontoasilenziarel’espressionegenica 735

• IpiccoliRNApossonosilenziaretrascrizionalmenteigeniinducendounamodificazionedellacromatina 737

BOX 20.2 ESPERIMENTICHIAVE La scoperta dei mirna e degli rnai 739

• L’RNAièunmeccanismodidifesacheproteggedavirusetrasposoni 741

BOX 20.3 RISVOLTIMEDICI i microrna e le patologie umane 743

© 978-8808-36480-7XXINDICE

Capitolo 22La biologia dei sistemi 797Circuiti regolatori 798

Autoregolazione 799

• L’autoregolazionenegativasmorzailrumoredifondoepermetteunrapidotempodirisposta 799

• Nell’espressionegenicac’èrumoredifondo 800

• L’autoregolazionepositivaritardal’espressionediungene 802

Bistabilità 802

• Alcunicircuitiregolatoripossonoavereduestatistabilialternativi 802

BOX 22.1 ESPERIMENTICHIAVE La bistabilità e l’isteresi 804

• Gliinterruttoribimodalivarianolaloropersistenza 805

Circuiti a retroazione positiva 807

• Icircuitiaretroazionepositivasonoretiatrenodiconproprietàutili 807

• Icircuitiaretroazionepositivasonousatinellosviluppo 809

Circuiti oscillatori 810

• Alcunicircuitigeneranoprofilioscillatoridiespressionegenica 810

• Icircuitisinteticisimulanoalcunecaratteristichedelleretinaturalidiregolazione 812

SOMMARIO 813

BIBLIOGRAFIA 814

DOMANDE 814

PARTE 6 APPENDICE

appENDiCE Organismi modello 820

I batteriofagi 821

• Saggiperlacrescitafagica 823

• Curvadicrescitaapassaggiounico 823

• Incrocitrafagietestdicomplementazione 824

• TrasduzioneeDNAricombinante 824

I batteri 825

• Analisidellacrescitabatterica 826

• IbatterisiscambianoDNAmedianteconiugazione,trasduzionemediatadaifagietrasformazioneconDNA 826

• Iplasmidibattericipossonoessereusaticomevettoridiclonaggio 828

• Itrasposonipossonoessereutilizzatipergeneraremutazioniperinserzioneefusionitrailgeneel’operone 828

• GlistudidibiologiamolecolaredeibatterihannoricevutoimpulsodallatecnologiadelDNAricombinante,dalsequenziamentodelgenomaedalprofilotrascrizionale 829

• L’analisibiochimicaèparticolarmenteefficacenellecellulesemplicicongli

• Ilgradientediunmorfogenocontrollalosviluppodorso-ventraledell’embrionediDrosophila 768

BOX 21.4 ESPERIMENTICHIAVE La sinergia degli attivatori 771

• LasegmentazionevieneavviatadaalcunimRNAlocalizzatiaipolianterioreeposterioredell’uovononfecondato 772

BOX 21.5 RISVOLTIMEDICI La nicchia delle cellule staminali 773

• BicoideNanosregolanohunchback 775

BOX 21.6 CONCETTIAVANZATI Le soglie a gradiente 775

• Molteplicienhancerassicuranolaprecisaregolazionedihunchback 776

• IlgradientedelrepressoreHunchbackstabilisceidiversilimitidiespressionedeigenigap 776

• HunchbackeleproteineGapproduconolebandediespressionegenicadellasegmentazione 778

BOX 21.7 ESPERIMENTICHIAVE Le sequenze regolatrici che agiscono in cis nello sviluppo e nell’evoluzione animale 779

• Igradientideirepressorigapproduconomoltebandediespressionegenica 780

• Irepressoritrascrizionaliacortoraggioconsentonoaenhancerdiversidiagireindipendentementel’unodall’altroall’internodellacomplessaregioneregolatricedieve 782

I geni omeotici: un’importante classe di regolatori dello sviluppo 782

• Icambiamentinell’espressionedeigeniomeoticisonolacausadelladiversitàtragliartropodi 784

BOX 21.8 CONCETTIAVANZATI i geni omeotici di Drosophila sono organizzati in raggruppamenti speciali sui cromosomi 784

• Levariazionidell’espressionediUbxspieganolemodificazionidegliartineicrostacei 786

• Perchégliinsettihannopersogliartiaddominali 787

• Lamodificazionedegliartiperilvolosembraderivaredall’evoluzionedisequenzeregolatricidelDNA 788

L’evoluzione dei genomi e l’origine dell’uomo 789

• Animalidifferenticontengonounaseriedigeniincredibilmentesimili 790

• Moltianimalihannogenianomali 790

• Lasinteniaèmoltoanticadalpuntodivistaevolutivo 792

• Ilsequenziamentoadaltaefficienza(deep sequencing)èstatousatoperanalizzarel’originedell’uomo 793

SOMMARIO 793

BIBLIOGRAFIA 794

DOMANDE 795

© 978-8808-36480-7 XXIINDICE

• C. eleganshaunciclovitalemoltorapido 840

• C. elegansècostituitodarelativamentepochelineecellularibenstudiate 840

• LaviadellamortecellularefuscopertainC. elegans 841

• RNAifuscopertainC. elegans 842

Il moscerino della frutta Drosophila melanogaster 842

• Drosophilahaunciclovitalerapido 843

• LeprimemappegenomichesonostaterealizzatenellaDrosophila 844

• Imosaicigeneticiconsentonol’analisideigeniletalineimosceriniadulti 845

• LaricombinasiFLPdilievitoconsentelaproduzioneefficientedimosaicigenetici 846

• ÈfacilegeneraremoscerinidellafruttatransgenicichecontengonoDNAesogeno 847

Il topo comune Mus musculus 848

• Losviluppoembrionaledeltopodipendedallecellulestaminali 849

• ÈfacileintrodurreDNAesogenonell’embrioneditopo 850

• Laricombinazioneomologaconsentel’ablazioneselettivadisingoligeni 850

• Itopimostranoun’ereditàepigenetica 852

BIBLIOGRAFIA 854

indiCe anaLitiCo 855

strumentitradizionaliedellageneticamolecolare 829

• Ibatteripossonoesserestudiatidalpuntodivistacitologico 830

• Ifagieibatterihannofornitoimportantiinformazionisulgene 830

• Icircuitisinteticieilrumoredifondodellaregolazione 831

Il lievito di birra Saccharomyces cerevisiae 831

• L’esistenzadicelluleaploidiediploidifacilital’analisigeneticadiS. cerevisiae 832

• Èfacileotteneremutazionispecifichenellievito 833

• S. cerevisiaepossiedeungenomapiccoloebencaratterizzato 833

• LecellulediS. cerevisiaecambianoformadurantelacrescita 833

Arabidopsis 834

• Arabidopsisècaratterizzatadaunciclovitalerapidoconfasiaploidiediploidi 835

• Arabidopsisvienefacilmentetrasformatapergliesperimentidigeneticainversa 836

• Arabidopsisècaratterizzatadaunpiccologenomafacilmentemanipolabile 836

• L’epigenetica 837

• Lepianterispondonoall’ambiente 838

• Sviluppoeformazionedellastruttura 838

Il verme nematode Caenorhabditis elegans 839