Portatori chimici Portatori chimici dell’informazione dell’informazione

genetica della cellulagenetica della cellula

22

Il DnaIl Dna

Cinquanta anni fa James Watson e Cinquanta anni fa James Watson e Francis Crick chiarivano la natura Francis Crick chiarivano la natura del Dnadel Dna, la sostanza chimica che , la sostanza chimica che porta l'informazione genetica. Le porta l'informazione genetica. Le istruzioni per vivere e per riprodursi istruzioni per vivere e per riprodursi sono scritte nel sono scritte nel DNA e caratterizzate DNA e caratterizzate da una propria sequenzada una propria sequenza di quattro di quattro lettere lettere (A, G, C e T)(A, G, C e T) e sono e sono contenute in una lunga molecola contenute in una lunga molecola lineare avvolta su se stessa. Oggi lineare avvolta su se stessa. Oggi sappiamo che sappiamo che con queste quattro con queste quattro lettere si possono comporre i lettere si possono comporre i messaggi più diversimessaggi più diversi e che e che ogni ogni specie biologica possiede il suo specie biologica possiede il suo DnaDna, contenente la sua propria , contenente la sua propria sequenza di unità elementari. sequenza di unità elementari.

3

StrutturaStruttura

Acido NucleicoAcido Nucleico

ZuccheroZucchero

Base AzotataBase Azotata

FosfatoFosfato

NucleosideNucleoside

NucleotideNucleotide

NucleotideNucleotide

NucleotideNucleotide

NucleotideNucleotide

NucleotideNucleotide

44

Come sono composti gli acidi nucleiciCome sono composti gli acidi nucleici

BasiBasi Le basi puriniche Le basi puriniche adenosinaadenosina e e guaninaguanina si si ritrovano sia nel DNA che ritrovano sia nel DNA che RNARNA

Le basi pirimidiniche Le basi pirimidiniche CitosinaCitosina e e TiminaTimina si si ritrovano nel DNA, mentre ritrovano nel DNA, mentre nell'RNA troviamo citosina e nell'RNA troviamo citosina e UracileUracile

Ci sono due tipi di acidi nucleici, Ci sono due tipi di acidi nucleici, l'acido Desossiribonucleico (DNA)l'acido Desossiribonucleico (DNA) ee l'acido Ribonucleico (RNA).. Entrambi sono degli eteropolimeri. Entrambi sono degli eteropolimeri.

I monomeri del DNA si chiamano I monomeri del DNA si chiamano desossiribonucleotididesossiribonucleotidi mentre quelli mentre quelli dell'RNA si chiamano dell'RNA si chiamano ribonucleotidiribonucleotidi..

Entrambi sono costituiti dai seguenti gruppi.Entrambi sono costituiti dai seguenti gruppi.

5

Basi AzotateBasi AzotateBasi AzotateBasi Azotate

N

N

N

N

NH2

O

H

N

N

O

O

H

H

N

N

O

O

CH3H

H

N

N

N

N

HN

N

N

N

NH2

HN

NH

N

N

NH2

O

H

Citosina

Adenina

Uracile (RNA)

Guanina

Timina (DNA)Pirimidina

Purina

6

ZuccheriZuccheriZuccheriZuccheri

OHOOH

OH

OHOOH

OH OH

Ribosio2-Desossiribosio

DNA RNA

77

Zucchero.Zucchero.

Il DNA contiene il Il DNA contiene il D-2-desossiribosioD-2-desossiribosio

RNA contiene il RNA contiene il

D-ribosioD-ribosio

Gruppi FosfatoGruppi Fosfato

8

NucleosideNucleosideNucleosideNucleoside

ZuccheroZucchero

Base AzotataBase Azotata

NucleosideNucleoside

Legame dell’N1 della Base AzotataBase Azotatacon il C1’ dello ZuccheroZucchero

Legame dell’N1 della Base AzotataBase Azotatacon il C1’ dello ZuccheroZucchero

NOOH

OH OH

N

NN

NH2

NOOH

OH OH

N

NN

NH2

9

NucleotideNucleotideNucleotideNucleotide

Legame estereo dell’Acido Fosforicocon l’ossidrile in C5’ dello ZuccheroZucchero

FosfatoFosfato

NucleosideNucleoside

NucleotideNucleotide

OO

OH

P

O-

O-

O N

N

O

O

HCH3

OO

OH

P

O-

O-

O N

N

O

O

HCH3

10Acidi Nucleici Acidi Nucleici

Ciascun nucleotide è formato da tre molecoleCiascun nucleotide è formato da tre molecole

FosfatoFosfato

ZuccheroZucchero

Base azotata

Base azotata

Lo zucchero (un pentoso) è:

Il Desossiribosio nel DNA

Il Ribosio nel RNA

Lo zucchero (un pentoso) è:

Il Desossiribosio nel DNA

Il Ribosio nel RNA

I diversi nucleotidi sono legati tra loro attraverso il gruppo fosfato

I diversi nucleotidi sono legati tra loro attraverso il gruppo fosfato

Gruppo fosfato Zucchero pentoso Base azotata

11

DesossiribonucleotidiDesossiribonucleotidiDesossiribonucleotidiDesossiribonucleotidi

NOO

OH

N

NN

NH2

P

O

O-

O-

OO

OH

P

O

O-

O-

N

NH

N

N

NH2

O

OO

OH

P

O

O-

O-

N

N

NH2

OOO

OH

P

O

O-

O-

N

N

O

O

HCH3

2’-Deossiadenosina 5’-fosfato

2’-Deossicitidina 5’-fosfato

2’-Deossitimidina 5’-fosfato

2’-Deossiguanosina 5’-fosfato

12

RibonucleotidiRibonucleotidi

NOO

OH OH

N

NN

NH2

P

O

O-

O-

OO

OH OH

P

O

O-

O-

N

NH

N

N

NH2

O

OO

OH OH

P

O

O-

O-

N

N

NH2

OOO

OH OH

P

O

O-

O- N

N

O

O

H

Adenosina 5’-fosfato

Citidina 5’-fosfato

Uridina 5’-fosfato

Guanosina 5’-fosfato

13

Acido NucleicoAcido NucleicoAcido NucleicoAcido Nucleico

Legame Estereo tra il Fosfato di un Nucleotidee l’ossidrile in

C3’ dello Zuccherodi un altro Nucleotide

Legame Estereo tra il Fosfato di un Nucleotidee l’ossidrile in

C3’ dello Zuccherodi un altro Nucleotide

OO

O

P

O

O-

O N

NH

N

N

NH2

OO

OP

O

O-

O N

N

O

O

H

OO

O

P

O

O-

O N

NH

N

N

NH2

OO

OP

O

O-

O N

N

O

O

H

C 3’

C 5’

C 1’

C 1’

C 3’

C 5’

1414

Struttura primaria degli acidi nucleiciStruttura primaria degli acidi nucleici

Come per le proteine, gli acidi nucleici hanno Come per le proteine, gli acidi nucleici hanno una una struttura primariastruttura primaria, costituita dalla , costituita dalla sequenza di basisequenza di basi e una e una direzionalitàdirezionalità che che presenta un’ estremità 5' libera da un lato ed una presenta un’ estremità 5' libera da un lato ed una 3' libera dall'altro. 3' libera dall'altro.

Per convenzione le sequenze degli acidi nucleici Per convenzione le sequenze degli acidi nucleici sono scritte a partire dalla 5' finendo alla 3'. sono scritte a partire dalla 5' finendo alla 3'. Secondo questa convenzione i legami Secondo questa convenzione i legami fosfodiesteri vanno dal 3' al 5'fosfodiesteri vanno dal 3' al 5'

15

SequenzaSequenza

Si descrive attraversol’ordine delle Basi Azotate

partendo dall’estremità 5’ fino all’estremità 3’

Si descrive attraversol’ordine delle Basi Azotate

partendo dall’estremità 5’ fino all’estremità 3’

Adenosina(Base Azotata)

Adenosina(Base Azotata)

Citosina(Base

Azotata)

Timina(Base Azotata)

ZuccheroFosfato ZuccheroFosfato ZuccheroFosfato Fosfato

-A-T-C--A-T-C-

La struttura La struttura secondaria del DNAsecondaria del DNA

La doppia elicaLa doppia elica

Studi ai raggi X Sistema regolare che si ripeteva

con una certa periodicità Le quantità di A e di T erano

sempre uguali e che le quantità di G e C erano uguali

Studi ai raggi X Sistema regolare che si ripeteva

con una certa periodicità Le quantità di A e di T erano

sempre uguali e che le quantità di G e C erano uguali

17

Struttura secondaria del DNA

La struttura secondaria non è casuale ma è dovuta ai legami ad idrogeno che si formano tra le basi

1818

Struttura secondaria DNAStruttura secondaria DNA La struttura secondaria del DNA è la ben conosciuta doppia La struttura secondaria del DNA è la ben conosciuta doppia

elica. Fu dedotta dall'analisi degli spettri di diffrazione di fibre di elica. Fu dedotta dall'analisi degli spettri di diffrazione di fibre di DNA Gli spettri di diffrazione delle fibre non contenevano le DNA Gli spettri di diffrazione delle fibre non contenevano le informazioni molecolari trovate negli spettri di diffrazione del informazioni molecolari trovate negli spettri di diffrazione del singolo cristallo, ciononostante sia gli spettri di diffrazione che singolo cristallo, ciononostante sia gli spettri di diffrazione che nelle proprietà delle fibre fornirono informazioni essenziali per nelle proprietà delle fibre fornirono informazioni essenziali per dedurre la struttura della doppia elicadedurre la struttura della doppia elica- Gli spettri mostravano la presenza di un'elica - Gli spettri mostravano la presenza di un'elica - la spaziatura tra le macchie mostravano che c'erano 10 basi - la spaziatura tra le macchie mostravano che c'erano 10 basi per giro d'elica per giro d'elica - la densità delle fibre indicava la presenza di due molecole per - la densità delle fibre indicava la presenza di due molecole per elica. elica.

Watson e Crick proposero che la doppia elica fosse stabilizzata Watson e Crick proposero che la doppia elica fosse stabilizzata dalla formazione di legami ad idrogeno tra le basi presenti sui dalla formazione di legami ad idrogeno tra le basi presenti sui filamenti opposti secondo lo schema filamenti opposti secondo lo schema A-T e G-C

Secondo il loro modello, lo scheletro idrofilo costituito dalla Secondo il loro modello, lo scheletro idrofilo costituito dalla sequenza zucchero-fosfato si trovavano all'esterno a contatto sequenza zucchero-fosfato si trovavano all'esterno a contatto con l'acqua, mentre le basi di carattere idrofobico erano con l'acqua, mentre le basi di carattere idrofobico erano impacchettateimpacchettate perpendicolarmente all'asse dell'elica perpendicolarmente all'asse dell'elica nell'interno.nell'interno.

I due filamenti di DNA sono I due filamenti di DNA sono complementaricomplementari e si sviluppano in e si sviluppano in direzione opposta, sono perciò direzione opposta, sono perciò antiparalleliantiparalleli..

Benchè le basi si trovino all'interno, esse possono interagire con Benchè le basi si trovino all'interno, esse possono interagire con altre molecole attraverso le due spirali profonde chiamate altre molecole attraverso le due spirali profonde chiamate solco solco minoreminore e e solco maggioresolco maggiore. Questo modello teneva conto del . Questo modello teneva conto del fatto che nella composizione delle basi del DNA si verificava che fatto che nella composizione delle basi del DNA si verificava che in percentuale A=T e G=C.in percentuale A=T e G=C.

19

Modello di Watson e Modello di Watson e CrickCrick

Il DNA è costituito da due catene polinucleotidiche a elica avvolte intorno a un asse comune.

Le eliche sono destrogire e i due filamenti si sviluppano in direzioni opposte, con riferimento alle loro estremità 3' e 5'.

20

Le basi puriniche e pirimidiniche si trovano all'interno dell'elica, su piani che sono perpendicolari all'asse dell'elica, mentre i gruppi deossiribosio e fosfato formano la parte esterna dell'elica.

Le due catene sono tenute insieme da coppie di basi puriniche-pirimidiniche, legate con legami idrogeno. L'adenina (A) è sempre accoppiata con la timina (T) e la guanina (G) è sempre accoppiata con la citosina (C).

21

L'adenina (A) è accoppiata con la timina (T) con due legami ad idrogeno

La guanina (G) è accoppiata con la citosina (C) con tre legami ad idrogeno.

22

Il DNA è simile per struttura all’ RNA ma:

1) Al posto dell’uracile c’è la timina

2) Il DNA è costituito da un doppio filamento

Il DNA è simile per struttura all’ RNA ma:

1) Al posto dell’uracile c’è la timina

2) Il DNA è costituito da un doppio filamento

Tra le basi dei due filamenti si formano legami idrogeno che li tengono uniti

Tra le basi dei due filamenti si formano legami idrogeno che li tengono uniti

Nel DNA le basi appartenenti ai due filamenti sono appaiate in modo caratteristico ( timina con adenina, guanina con citosina)

Nel DNA le basi appartenenti ai due filamenti sono appaiate in modo caratteristico ( timina con adenina, guanina con citosina)

DNA

23

Conoscendo la sequenza di un filamento …..

24

….. si può desumere la sequenza del filamento complementare

25

26

Il risultato è una lunga molecola di DNA

27

Il diametro dell'elica è di 20 Å. Le coppie di basi adiacenti sono separate di 3,4 Å e si succedono ad ogni avanzamento dell'elica di 36º. Ci sono perciò 10 coppie di basi per ogni giro completo dell'elica (360º) e la struttura si ripete ogni 34 Å.

Non c'è nessuna limitazione alla sequenza di basi lungo una catena polinucleotidica. Dalla sequenza esatta però dipende l'informazione genetica.

2828

Stabilità della doppia elicaStabilità della doppia elica La formazione della doppia elica è favorita daLa formazione della doppia elica è favorita da

Interazioni idrofobiche derivanti dall'impaccamento delle basi Interazioni idrofobiche derivanti dall'impaccamento delle basi dalla formazione di legami ad Idrogeno tra le coppie di basi. dalla formazione di legami ad Idrogeno tra le coppie di basi.

La formazione della doppia elica è sfavorita da:La formazione della doppia elica è sfavorita da:

Repulsione elettrostatica dei fosfati che si trovano sullo scheletro dei filamenti Repulsione elettrostatica dei fosfati che si trovano sullo scheletro dei filamenti Dall'entropia conformazionale Dall'entropia conformazionale Formazione di legami ad Idrogeno con l'acqua. Formazione di legami ad Idrogeno con l'acqua.

Le Possibili strutture della doppia elicaLe Possibili strutture della doppia elica

Il modello di doppia elica proposto da Watson e Crick rappresenta la struttura del BDNA. La Il modello di doppia elica proposto da Watson e Crick rappresenta la struttura del BDNA. La struttura ai raggi X confermò essenzialmente il modello proposto, ma mostrava come essa struttura ai raggi X confermò essenzialmente il modello proposto, ma mostrava come essa fosse in realtà una semplificazione in quanto fosse in realtà una semplificazione in quanto la struttura molecolare mostrava molte variazioni e distorsioni locali rispetto alla struttura ideale la struttura molecolare mostrava molte variazioni e distorsioni locali rispetto alla struttura ideale E' importante comprendere che la struttura secondaria del DNA non è rigida ma flessibile e E' importante comprendere che la struttura secondaria del DNA non è rigida ma flessibile e dipende dalla esatta sequenza dei nucleotidi e può essere modificata in seguito ad interazioni dipende dalla esatta sequenza dei nucleotidi e può essere modificata in seguito ad interazioni con proteine ed altre molecole. con proteine ed altre molecole. Sotto altre condizioni è possibile che si produca un altro modello di elica ADNA.Sotto altre condizioni è possibile che si produca un altro modello di elica ADNA.Recentemente è stata descritta una ZDNA, destrosa, il cui significato biologico è sconosciuto. Recentemente è stata descritta una ZDNA, destrosa, il cui significato biologico è sconosciuto. QUI c'è un confronto tra i diversi modelli di elica. La forma A è la conformazione ad elica QUI c'è un confronto tra i diversi modelli di elica. La forma A è la conformazione ad elica adottata dal DNA e RNA, ARNA, in quanto l'ossidrile in posizione 2' del ribosio impedisce adottata dal DNA e RNA, ARNA, in quanto l'ossidrile in posizione 2' del ribosio impedisce stericamente la formazione della conformazione B.stericamente la formazione della conformazione B.

La maggior parte del DNA della maggior parte dei microrganismi è una doppia elica nella sua La maggior parte del DNA della maggior parte dei microrganismi è una doppia elica nella sua forma Bforma B

2929

A DNA B DNA Z DNA

Tipo d'elica destrosa destrosa destrosa

Diametro ~26 Å ~20 Å ~18 Å

Coppie/giro 11 10.5 12

Viste laterali

                                                                                                                                                                     

          

                                                                                                                                                                           

    

                                                                                                                                                                        

Viste dall'alto

                                                                                                                                                                     

          

                                                                                                                                                                           

    

                                                                                                                                                                           

    

Le eliche del DNA Le eliche del DNA (Tutte le molecole qui illustrate contengono dodici coppie di basi(Tutte le molecole qui illustrate contengono dodici coppie di basi ) )

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L’RNA è costituito da un singolo filamento

L’RNA è costituito da un singolo filamento

I nucleotidi non sono tutti uguali ma differiscono per la base

I nucleotidi non sono tutti uguali ma differiscono per la base

Ci sono 4 differenti tipi di basi:

• Adenina• Citosina• Guanina • Uracile

Ci sono 4 differenti tipi di basi:

• Adenina• Citosina• Guanina • Uracile

L’informazione contenuta negli acidi nucleici è codificata nella sequenza di basi che compongono il filamento (un alfabeto di 4 lettere)

L’informazione contenuta negli acidi nucleici è codificata nella sequenza di basi che compongono il filamento (un alfabeto di 4 lettere)

RNA

3131

RNA: struttura secondaria e terziariaRNA: struttura secondaria e terziaria L'L'RNARNA esiste sottoforma di tre maggiori tipi: tRNA esiste sottoforma di tre maggiori tipi: tRNA

o RNAtransfer, rRNA o RNA ribosomiale, mRNA o o RNAtransfer, rRNA o RNA ribosomiale, mRNA o RNA messaggero. Altre forme meno importanti RNA messaggero. Altre forme meno importanti servono nello splicing dell'RNA e nella sintesi dei servono nello splicing dell'RNA e nella sintesi dei telomeri. telomeri.

- RNAtransfer (tRNA)RNAtransfer (tRNA) sono costituiti da 73-90 nucleotidi e servono nella sono costituiti da 73-90 nucleotidi e servono nella sintesi delle proteine.sintesi delle proteine.DNA e RNA a singolo filamento tendono ad DNA e RNA a singolo filamento tendono ad assumere una conformazione random coil. assumere una conformazione random coil. Comunque tali molecole a filamento singolo Comunque tali molecole a filamento singolo contengono regioni con sequenze auto contengono regioni con sequenze auto complementari (tRNA)dove la molecola può complementari (tRNA)dove la molecola può formare zone a doppio filamento tRNA contiene formare zone a doppio filamento tRNA contiene basi modificate. basi modificate.

- RNA Ribosomiale (rRNA)RNA Ribosomiale (rRNA) Il ribosoma è un organello cellulare coinvolto nella Il ribosoma è un organello cellulare coinvolto nella sintesi proteica e consiste di due subunità, una sintesi proteica e consiste di due subunità, una piccola ed una grande, dove rRNA è parte piccola ed una grande, dove rRNA è parte integrante.integrante.La struttura a scala è costituita da coppie di basi La struttura a scala è costituita da coppie di basi legate da legami ad idrogeno.legate da legami ad idrogeno.rRNA contiene basi modificate.rRNA contiene basi modificate.

-- RNA messaggero  (mRNA)RNA messaggero  (mRNA) Il mRNA è una copia-stampo per la sintesi delle Il mRNA è una copia-stampo per la sintesi delle proteine. Viene assunta una struttura del tipo A o a proteine. Viene assunta una struttura del tipo A o a singolo filamento. mRNA non contiene basi singolo filamento. mRNA non contiene basi modificate.modificate.

3232

Nel DNA, le basi sono legate al 2'desossiribosio con un legame Nel DNA, le basi sono legate al 2'desossiribosio con un legame N1'glicosidico a formare un desossinucleotideN1'glicosidico a formare un desossinucleotide

Nell' RNA, le basi sono legate al ribosio per formare un nucleotide con un Nell' RNA, le basi sono legate al ribosio per formare un nucleotide con un legame N1'glicosidico legame N1'glicosidico

I desossiribonucleotidi sono degli esteri fosforici in posizione 5' dei I desossiribonucleotidi sono degli esteri fosforici in posizione 5' dei desossinucleosidi desossinucleosidi

I ribonucleotidi sono dei monoesteri fosforici dei nucleosidiI ribonucleotidi sono dei monoesteri fosforici dei nucleosidi

Gli acidi nucleici sono polimeri dei fosfati dei nucleotidi.Gli acidi nucleici sono polimeri dei fosfati dei nucleotidi.

I polimeri DNA e RNA sono formati da legami fosfodiestere tra gli OH 5' di I polimeri DNA e RNA sono formati da legami fosfodiestere tra gli OH 5' di un nucleotide e il 3' di un idrossile seguente.un nucleotide e il 3' di un idrossile seguente.I nucleotidi sono acidi forti in quanto i due pKa del fosfodiestere sono tra 0.7 I nucleotidi sono acidi forti in quanto i due pKa del fosfodiestere sono tra 0.7 ed 1 e 6.1 e 6.3.Di conseguenza lo scheletro dell'RNA e DNA sono ed 1 e 6.1 e 6.3.Di conseguenza lo scheletro dell'RNA e DNA sono normalmente carichi negativamente.normalmente carichi negativamente.Le basi assorbono attorno a 260 nm.I legami fosfodiesteri sono Le basi assorbono attorno a 260 nm.I legami fosfodiesteri sono termodinamicamente instabili in quanto il termodinamicamente instabili in quanto il ΔΔG di idrolisi è circa -25 kJ/mol, G di idrolisi è circa -25 kJ/mol, ma a causa della cinetica molto lenta in mancanza di un enzima o di un ma a causa della cinetica molto lenta in mancanza di un enzima o di un catalizzatore i polimeri sono stabili.catalizzatore i polimeri sono stabili.

Differenza tra DNA e RNADifferenza tra DNA e RNA

3333

La struttura terziaria del DNALa struttura terziaria del DNA A causa dell'estrema lunghezza del DNA, la sua struttura terziaria è A causa dell'estrema lunghezza del DNA, la sua struttura terziaria è molto complessa. Comunque si possono discutere alcune strutture.molto complessa. Comunque si possono discutere alcune strutture.

SuperavvolgimentoSuperavvolgimentoIl DNA di batteri, mitocondri, plastidi e alcuni virus è costituito da un Il DNA di batteri, mitocondri, plastidi e alcuni virus è costituito da un anello chiuso. Il DNA circolare può assumere un aspetto incurvato o anello chiuso. Il DNA circolare può assumere un aspetto incurvato o avvolto come dalle seguenti immagini al microscopio. avvolto come dalle seguenti immagini al microscopio.

3434

LA DUPLICAZIONE DEL DNALA DUPLICAZIONE DEL DNA La duplicazione del DNA è l'evento portante della duplicazione cromosomica. Essa inizia a La duplicazione del DNA è l'evento portante della duplicazione cromosomica. Essa inizia a

partire da una specifica sequenza nucleotidica, detta partire da una specifica sequenza nucleotidica, detta punto di origine della duplicazione.. In tale In tale punto sono presenti particolari enzimi endonucleari (endonucleasi), che spezzano i legami ad punto sono presenti particolari enzimi endonucleari (endonucleasi), che spezzano i legami ad idrogeno tra  le basi azotate complementari, aprendo così la doppia elica. I due filamenti si idrogeno tra  le basi azotate complementari, aprendo così la doppia elica. I due filamenti si separano e ciascuno di essi funziona da stampo per la selezione di nucleotidi liberi e la separano e ciascuno di essi funziona da stampo per la selezione di nucleotidi liberi e la costruzione del filamento complementare, pertanto la duplicazione del DNA è detta costruzione del filamento complementare, pertanto la duplicazione del DNA è detta semiconservativa. La duplicazione procede in entrambe le direzioni, per mezzo delle due semiconservativa. La duplicazione procede in entrambe le direzioni, per mezzo delle due forcelle di duplicazione che si spostano nei due versi opposti. L'effettiva sintesi dei nuovi forcelle di duplicazione che si spostano nei due versi opposti. L'effettiva sintesi dei nuovi filamenti, antiparalleli a quelli della molecola originaria, è catalizzata da un gruppo di enzimi noti filamenti, antiparalleli a quelli della molecola originaria, è catalizzata da un gruppo di enzimi noti come DNA-polimerasi. Questi lavorano in un verso soltanto, cosicchè uno dei due nuovi come DNA-polimerasi. Questi lavorano in un verso soltanto, cosicchè uno dei due nuovi filamenti cresce molto rapidamente ed in maniera continua, mentre l'altro, grazie a particolari filamenti cresce molto rapidamente ed in maniera continua, mentre l'altro, grazie a particolari siti di innesco (RNAprimer) che inducono un'inversione del senso di marcia delle DNA-siti di innesco (RNAprimer) che inducono un'inversione del senso di marcia delle DNA-polimerasi, viene costruito in brevi segmenti consecutivi (segmenti di Okazaki) che devono poi polimerasi, viene costruito in brevi segmenti consecutivi (segmenti di Okazaki) che devono poi essere saldati fra loro da un altro enzima, chiamato essere saldati fra loro da un altro enzima, chiamato DNA-ligasi. .

Durante la duplicazione del DNA avviene l'azione PROOFREADING (correzione della lettura), Durante la duplicazione del DNA avviene l'azione PROOFREADING (correzione della lettura), operata dalle stesse DNA-polimerasi che rimuovono i nucleotidi che non si sono appaiati nella operata dalle stesse DNA-polimerasi che rimuovono i nucleotidi che non si sono appaiati nella maniera dovuta a quelli del filamento stampo.maniera dovuta a quelli del filamento stampo.

3535

Il DNAIl DNA

Coppie di nucleotidi

Una coppia di nucleotidi che varia da individuo ad individuo viene chiamata Snp o “snip”

Nucleo cellula

Mitocondri

Dna in coppia di cromosomi

Un gene (una serie di coppie di nucleotidi in un particolare punto su un cromosoma) contiene la ricetta per una proteina

Cellula

La maggior parte delle cellule contiene istruzioni complete per costruire un essere umano, il Dna è in gran parte nel nucleo, ma ce n’è dell’altro nei mitocondri delle cellule.

Cromosomi

Nel nucleo,il Dna è disposto in 23 coppie di “pacchetti” a forma di bastoncino, chiamati cromosomi (una serie proviene della madre, l’altra dal padre). Ogni cromosoma contiene un filamento di Dna. Se venisse svolto, il Dna di una cellula sarebbe lungo più di 2,04 metri

3636

Science Museum DnaScience Museum Dna “La molecola della vita” “La molecola della vita”

37GlucidiGlucidi

Monosaccaridi Sono molecole a 5 o a 6 atomi di carbonio di regola a forma di anello Sono molecole a 5 o a 6 atomi di carbonio di regola a forma di anello

I monosaccaridi pentosi sono importanti costituenti degli acidi nucleici, RNA e DNA

I monosaccaridi pentosi sono importanti costituenti degli acidi nucleici, RNA e DNA

Ribosio e desossiribosioRibosio e desossiribosio

Il più noto è il glucosioIl più noto è il glucosio

I monosaccaridi esosi (fruttosio, galattosio, glucosio ecc.) sono implicati nel metabolismo energetico. Essi sono anche i costituenti di disaccaridi e polisaccaridi

I monosaccaridi esosi (fruttosio, galattosio, glucosio ecc.) sono implicati nel metabolismo energetico. Essi sono anche i costituenti di disaccaridi e polisaccaridi

38GlucidiGlucidi

Il glucosio è al centro dei processi del metabolismo energetico della cellula.

Esso esiste sia in forma ciclica che in forma lineare con la possibilità di passare da una forma all’altra

Il glucosio è al centro dei processi del metabolismo energetico della cellula.

Esso esiste sia in forma ciclica che in forma lineare con la possibilità di passare da una forma all’altra

39

Disaccaridi

Il Maltosio è un disaccaride formato da due molecole di Glucosio (α- e β-Glucosio sono due isomeri della stessa molecola)

Il Maltosio è un disaccaride formato da due molecole di Glucosio (α- e β-Glucosio sono due isomeri della stessa molecola)

Il Saccarosio (lo zucchero da cucina) è un disaccaride formato da una molecola di Glucosio e una di Fruttosio

Il Saccarosio (lo zucchero da cucina) è un disaccaride formato da una molecola di Glucosio e una di Fruttosio

Il lattosio (lo zucchero del latte) è un disaccaride formato da una molecola di Glucosio e una di Galattosio

Il lattosio (lo zucchero del latte) è un disaccaride formato da una molecola di Glucosio e una di Galattosio

Formazione di un

Legame glicosidico

Formazione di un

Legame glicosidico

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I nucleotidi vengono sempre aggiunti all’estremità 3’, quella in cui l’ultimo desossiribosio del filamento di DNA presenta un gruppo –OH libero

I nucleotidi vengono sempre aggiunti all’estremità 3’, quella in cui l’ultimo desossiribosio del filamento di DNA presenta un gruppo –OH libero

Il meccanismo di replicazione del DNASe vi è un filamento di DNA, un enzima, la DNA polimerasi, è in grado di aggiungere un nucleotide alla volta allungando una catena polinucleotidica e utilizzando il filamento esistente come stampo

Se vi è un filamento di DNA, un enzima, la DNA polimerasi, è in grado di aggiungere un nucleotide alla volta allungando una catena polinucleotidica e utilizzando il filamento esistente come stampo

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Fin tanto che i due filamenti sono strettamente associati tuttavia la DNA polimerasi, non può agire.

Fin tanto che i due filamenti sono strettamente associati tuttavia la DNA polimerasi, non può agire.

C’è un altro enzima che si chiama Elicasi e che (come suggerisce il nome) riesce a rompere i legami idrogeno tra le basi azotate e separare le due eliche per un tratto (richiede energia sotto forma di ATP)

C’è un altro enzima che si chiama Elicasi e che (come suggerisce il nome) riesce a rompere i legami idrogeno tra le basi azotate e separare le due eliche per un tratto (richiede energia sotto forma di ATP)

Il DNA quindi non viene replicato come una cerniera che si apre, ma piuttosto come una cerniera che si sia rotta e aperta in vari punti della sua lunghezza.

Il DNA quindi non viene replicato come una cerniera che si apre, ma piuttosto come una cerniera che si sia rotta e aperta in vari punti della sua lunghezza.

Si forma così un struttura chiamata forcella di replicazione. All’interno della forcella l’aggiunta di basi avviene in direzione opposta sui due filamenti.

Si forma così un struttura chiamata forcella di replicazione. All’interno della forcella l’aggiunta di basi avviene in direzione opposta sui due filamenti.

Data la lunghezza del DNA, negli eucarioti si formano diverse forcelle contemporaneamente.

Data la lunghezza del DNA, negli eucarioti si formano diverse forcelle contemporaneamente.

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La DNA polimerasi compie diversi errori durante la replicazione scambiando una base con un’altra. Se non venissero corretti ad ogni replicazione alcune centinaia di geni verrebbero modificati.

La DNA polimerasi compie diversi errori durante la replicazione scambiando una base con un’altra. Se non venissero corretti ad ogni replicazione alcune centinaia di geni verrebbero modificati.

Esiste un altro enzima la DNA polimerasi I (la precedente si chiama DNA polimerasi III ed è leggermente diversa) in grado di fungere da correttore di bozze, ripassando i filamenti e correggendo tutti gli errori tipografici

Esiste un altro enzima la DNA polimerasi I (la precedente si chiama DNA polimerasi III ed è leggermente diversa) in grado di fungere da correttore di bozze, ripassando i filamenti e correggendo tutti gli errori tipografici

Meccanismi di riparazione del DNA

Il meccanismo di riparazione è in grado di distinguere quale dei due filamenti della doppia elica è quello neo-sintetizzato e quindi, in caso di incongruenza tra le basi, correggere l’errore sul nuovo filamento

Il meccanismo di riparazione è in grado di distinguere quale dei due filamenti della doppia elica è quello neo-sintetizzato e quindi, in caso di incongruenza tra le basi, correggere l’errore sul nuovo filamento

I meccanismi di riparazione non agiscono solo in questo caso ma sono sempre attivi nella cellula per scoprire eventuali alterazioni dell’appaiamento delle basi causati da altri fattori ad esempio per intervento di agenti chimici o fisici

I meccanismi di riparazione non agiscono solo in questo caso ma sono sempre attivi nella cellula per scoprire eventuali alterazioni dell’appaiamento delle basi causati da altri fattori ad esempio per intervento di agenti chimici o fisici

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Nonostante i meccanismi di riparo, una volta ogni tanto (un caso su milioni di volte) la base sbagliata rimane al suo posto.

Nonostante i meccanismi di riparo, una volta ogni tanto (un caso su milioni di volte) la base sbagliata rimane al suo posto.

Cosa accade quando per errore viene assemblata una base sbagliata (G al posto di A)?

Cosa accade quando per errore viene assemblata una base sbagliata (G al posto di A)?

Alla generazione successiva a G viene correttamente appaiata C e il cambiamento rimane permanentemente nei discendenti di quella linea

Alla generazione successiva a G viene correttamente appaiata C e il cambiamento rimane permanentemente nei discendenti di quella linea

Questo evento si chiama MUTAZIONEQuesto evento si chiama MUTAZIONE