Genetica - Capitolo 1: struttura e funzione del DNA

processo di strutturazione dei cromosomi

1. Avvolgimento del DNA attorno a proteine istoniche a formare i nucleosomi 2. Compattazione di nucleosomi adiacenti, ad opera dell'istone H1 associato al DNA di giunzione (DNA linker), in fibre di cromatina 3. Formazione di anse a spirale dalle fibre di cromatina; le anse sono tenute insieme da proteine di impalcatura (proteine non istoniche che contribuiscono al mantenimento della struttura cromosomica) 4. Interazione tra le anse a formare la cromatina condensata, costituente dei cromosomi metafasici 5. Compattazione cromosomica ad opera di un complesso proteico, la condensina, che si lega al DNA e lo avvolge in anse raggomitolate 6. Compattazione delle anse raggomitolate in un cromosoma mitotico o meiotico La massima compattazione della cromatina si manifesta nel corso della metafase mitotica

legami tra basi azotate

A-T; C-G >>> APPAIAMENTO COMPLEMENTARE: la sequenza nucleotidica di un'elica, impone la sequenza complementare nell'altra elica Tra le basi azotate si instaurano legami a idrogeno, in particolare: Tra A e T s'instaurano 2 legami a idrogeno Tra C e G s'instaurano 3 legami a idrogeno

i topoisomerasi

Al momento della separazione dei filamenti di DNA, in un'altra regione della molecola si genera un superavvolgimento Gli enzimi topoisomerasi intervengono, operando dei tagli nel DNA e saldando i filamenti in modo che siano liberi superavvolgimenti o nodi che comprometterebbero la replicazione

il ruolo dei telomeri

Dato la discontinuità che caratterizza l'attività delle DNA polimerasi sul filamento lagging, esse sono incapaci di completare la riparazione accuratamente quando raggiungono l'estremità del DNA, e lasciano perciò un frammento di DNA non replicato I cromosomi, tuttavia, sono dotati di telomeri: segmenti terminali che non contengono geni che codificano per proteine Consistono in brevi sequenze di DNA non codificante, ricche di guanina, ripetute parecchie volte Per cui, sebbene una piccola quantità di DNA telomerico non si replichi ad ogni divisione cellulare, una cellula può dividersi parecchie volte prima di iniziare a perdere informazioni genetiche essenziali Per la specie umana, la sequenza è GGGTTA

DNA

Depositario dell'informazione genetica Codifica le informazioni attraverso la sequenza di basi Acido nucleico composto da due catene polinucleotidiche unite da legami a idrogeno e avvolte a formare una doppia elica

DNA ligasi

Enzima che riunisce i frammenti di Okazaki ricostituendo il legame fosfodiesterico consueto

struttura del DNA

Fu identificata dai ricercatori Watson e Crick nel 1953 Grazie a tale scoperta, fu loro conferito il Premio Nobel per la medicina nel 1962

geni ad espressione controllata

Geni che vengono attivati o inattivati in determinati tipi di cellule in particolari fasi dello sviluppo o in risposta a segnali fisiologici

geni casalinghi (housekeeping)

Geni espressi in maniera ubiquitaria, che comprendono geni necessari per la replicazione o per il metabolismo cellulare

il DNA nelle cellule eucariotiche

Il DNA necessita di essere condensato per poter essere contenuto nella cellula Il processo di condensazione cui viene sottoposto il DNA è promosso da proteine, gli istoni

il dogma centrale della genetica molecolare

Il DNA produce l'RNA codificante per la sequenza amminoacidica di una proteina

composizioni in basi del DNA: le regole di Chargaff

Il rapporto tra purine e pirimidine, e anche quello tra A e T, e C e G, è quasi uguale a 1 Nelle molecole di DNA a doppio filamento, il numero di purine è uguale al numero di pirimidine A=T C=G

istoni

Si associano con il DNA, carico negativamente per via del gran numero di gruppi fosfato, a formare strutture dette nucleosomi

proteine che legano il singolo filamento (SSB)

Si legano ai singoli filamenti di DNA e li stabilizzano, prevenendo la ricostituzione della doppia elica prima del termine della replicazione Impediscono l'idrolisi delle regioni a singolo filamento ad opera degli enzimi nucleasi (coinvolti nella riparazione del DNA)

la sintesi del DNA procede solo in direzione 5'-3' ad opera dei DNA polimerasi

Sono gli enzimi che catalizzano il legame fra i nucleotidi Sono in grado di aggiungere nucleotidi solo al terminale 3' di una catena polinucleotidica in corso di sintesi >>> la replicazione procede solo in direzione 5'-3'

forca di replicazione

Struttura a Y che costituisce la giunzione tra i filamenti separati, a livello della quale si verifica la contemporanea replicazione dei due filamenti L'elicasi si muove lungo l'elica, aprendo la doppia elica durante il movimento della forca di replicazione

regolazione dell'espressione genica

Operata da specifiche proteine che, legandosi al DNA, attivano o inibiscono la trascrizione

cromosomi

Principali portatori dell'informazione genetica negli eucarioti Sono contenuti nel nucleo cellulare Ciascuno consiste di una singola molecola di DNA

trascrizione

Processo di sintesi di RNA, che consiste nel copiare l'informazione contenuta nel DNA di un gene, nell'RNA messaggero

la replicazione del DNA

Processo mediante cui è possibile duplicare fedelmente le informazioni contenute nel DNA L'accoppiamento complementare delle basi, suggerisce che ciascun filamento di DNA, possa fungere da stampo per la sintesi del filamento opposto Il processo necessita dell'azione di un complesso di enzima-proteico

la sintesi del DNA è bidirezionale

Quando i due filamenti del DNA si separano, si formano due strutture a forcella, per cui la molecola, dal punto d'origine, viene replicata in entrambe le direzioni Il preocesso replicativo è accelerato dalla presenza di più siti d'origine di replicazione Le due forche di replicazione si formano da ciascun sito d'origine e si muovono in direzione opposta fino ad incontrare le forche originate da siti di replicazione contigui La sintesi del DNA procede in entrambe le direzioni a partire da ciasun sito d'origine, fin quando le bolle di replicazione adiacenti si fondono a formarne una sola

filamenti di DNA

Ciascun filamento di DNA consiste di uno scheletro di gruppi fosfato che ci alternano allo zucchero desossiribosio Gli zuccheri di nucleotidi adiacenti instaurano legami fosfodiesterici Al carbonio 1' di ogni zucchero è legata una base azotata Un'estremità della catena, l'estremità 5', ha un carbonio 5' legato ad un fosfato L'altra estremità, l'estremità 3', ha un carbonio 3' legato ad un gruppo ossidrilico

la replicazione del DNA è semiconservativa

Ciascuna emielica, risultante dalla rottura dei legami a idrogeno, potrebbe appaiarsi per complementarietà con nuovi nucleotidi, costituendo così due nuove molecole a doppia elica, ciascuna identica all'originaria, costituite da un filamento parentale e da uno complementare neosintetizzato

le catene polinucleotidiche sono antiparallele

Ciascuna estremità della doppia elica mostra un gruppo 5' fosfato libero su un filamento e un gruppo ossidrilico libero in posizione 3'

nucleosoma

Consiste in una struttura sferoidale con un tratto di DNA di 146 coppie di basi avvolto attorno ad un nucleo discoidale costituito da otto molecole di istoni Impediscono al DNA di aggrovigliarsi

RNA primer

Dal momento che la DNA polimerasi è in grado di aggiungere nucleotidi solo al terminale 3' di una catena polinucleotidica PREESISTENTE, è necessario l'intervento, a livello del sito d'origine della replicazione, di un segmento di RNA che funga da innesco, l'RNA primer Viene sintetizzato dall'enzima DNA primasi Dopo l'aggiunta di pochi nucleotidi, la DNA primasi è soppiantata dalla DNA polimerasi, che può quindi aggiungere le subunità all'estremità 3' dell'RNA Il primer verrà successivamente degradato e sostituito da DNA

la replicazione avviene in maniera continua su un filamento, e discontinua sull'altro

La replicazione inizia a livello dei siti d'origine di replicazione Entrambi i filamenti vengono replicati contemporaneamente, a opera di due molecole identiche di DNA polimerasi, alla forca di replicazione, che varia costantemente posizione al procedere della replicazione - L'estremità 3' di uno dei nuovi filamenti si allunga sempre verso la forca di replicazione e la sua sintesi procede senza interruzioni, per cui viene definito filamento guida, leading (filamento leading: 3'-5') - Un'altra molecola di DNA polimerasi aggiunge nucleotidi all'estremità 3' dell'altro filamento di nuova sintesi, il filamento in ritardi, lagging, in allungamento in senso contrario alla forca di replicazione (filamento lagging: 5'-3') Dal momento che la DNA polimerasi si allontanerebbe eccessivamente dalla forca di replicazione se continuasse ad aggiungere nucleotidi all'estremità 3' di tale filamento, possono essere sintetizzati solo frammenti di 100-200 nucleotidi, chiamati frammenti di Okazaki La DNA primasi, dunque, catalizza periodicamente la sintesi di un RNA primer sul filamento in ritardo La sintesi di ogni frammento di Okazaki procede verso l'estremità 5' del frammento sintetizzato precedentemente sintetizzato dalla DNA polimerasi Quando un frammento di Okazaki neosintetizzato raggiunge quelli sintetizzati precedentemente, l'RNA primer di quest'ultimo viene degradato e sostituito da DNA ad opera della DNA polimerasi

prima fase della replicazione: la separazione dei filamenti

La replicazione origina in specifici siti, i siti d'origine di replicazione, a livello dei quali si svolgono piccoli segmenti di doppia elica La separazione dei filamenti avviene ad opera di una classe enzimatica, la DNA elicasi, che, legandosi al DNA in corrispondenza dei siti d'origine, rompono i legami a idrogeno

legame fosfodiesterico

Legame che si instaura tra i nucleotidi Il carbonio 3' di uno zucchero è legato covalentemente al gruppo fosfato in posizione 5' dello zucchero adiacente

nucleotidi (nucleoside + gruppo fosfato)

Monomeri costituenti gli acidi nucleici Costituiti da uno zucchero pentoso desossiribosio + un gruppo fosfato + una base azotata (composto eterociclico contenente azoto) Le basi azotate comprendono le purine, adenina e guanina, e le pirimidine, timina e citosina Ciascuno è identificato dalla sua specifica base azotata Possono essere legati tra loro in una qualsiasi sequenza

la doppia elica

Una molecola di DNA è costituita da due catene polinucleotidiche avvolte fra loro a formare una struttura a doppia elica Lo scheletro zucchero-fosfato delle due catene forma l'impalcatura esterna; le basi azotate di ciascuna catena si appaiano all'interno

gene

Unità informazionali in cui si organizza il DNA Sequenza nucleotidica di DNA che porta l'informazione necessaria per produrre uno specifico RNA o un polipeptide

la senescenza

Uno stato in cui la cellula perde progressivamente la facoltà di proliferare Tale fenomeno, caratterizzante le cellule somatiche, risulterebbe associato al fatto che le cellule somatiche sono in grado di replicarsi senza l'attività telomerasica, da cui risulta un graduale accorciamento delle estremità cromosomiche a seguito dei cicli successivi di replicazione

cromatina

È il materiale costituente i cromosomi Costituito da DNA e altre proteine Se la divisione cellulare non è in corso, la cromatina ha un aspetto globulare, conferitole dall'aggregazione di filamenti lunghi e sottili parzialmente srotolati Al momento della divisione cellulare, le fibre si condensano e i cromosomi si presentano come strutture distinte