Presentazione Microparticelle

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i GENOMi

lattosio

glucosio

(Un esempio di regolazione genica: E.coli e il lattosio)

LE CARATTERISTICHE DEL GENOMA PROCARIOTE

E.coli deve essere capace di adattarsi agli improvvisi cambiamenti del suo ambiente essendo un normale inquilino dell’intestino umano. La sua fonte di energia è il glucosio, lo zucchero più facile da metabolizzare. Per esempio se il batterio si trova sommerso dal latte, che contiene il lattosio, per essere assorbito da E.coli il lattosio deve subire l’azione di tre proteine tra cui la b-galattosidasi. I geni che codificano i tre enzimi coinvolti nel metabolismo del lattosio di E.coli sono un esempio di geni strutturali.

repressore

gene strutturale

GLI OPERONI

Gli operoni sono i geni che condividono uno stesso promotore, ovvero la sequenza di DNA a cui si lega la RNA polimerasi; fra il promotore e i geni strutturali si trova un breve segmento di DNA chiamato operatore, che lega un repressore. Esiste infine un terminatore, una sequenza che segnala al RNA polimerasi che la trascrizione è terminata.I geni strutturali, il promotore, l’operatore e il terminatore formano un blocco o operone.

LE CARATTERISTICHE DEL GENOMA EUCARIOTE

Gli organismi eucarioti presentano molte più forme rispetto ai procarioti. I regni degli eucarioti infatti sono quattro: protisti, funghi, piante e animali. La differenza dai procarioti sta nella sintesi dell’mRNA poiché avviene nel nucleo e inoltre subisce un processo di maturazione prima di uscire dal nucleo, ed inoltre la sintesi proteica avviene nel citoplasma.

pre-mRNA

introni e esoni

Questo processo viene chiamato splicing dell’RNA, in cui intervengono delle particolari ribonucleoproteine chiamate snRNP. La maturazione del trascritto comporta pure l’aggiunta di un cappuccio ed una coda che servono per proteggere l’mRNA.

Gli studi sul genoma eucariote hanno notato che essi possono contenere anche sequenze non codificanti, dette introni, e quelli a tratti codificati, detti esoni. I geni formati da questi due si chiamano geni interrotti. Nel caso dei geni interrotti, la produzione di mRNA comporta un altro passaggio che avviene prima che l’mRNA lasci il nucleo, ovvero la rimozione del pre-mRNA dovuta dai trascritti degli introni e successivamente saldata da quelli degli esoni.

Franklin Stahl

Matthew Meselson

LA REPLICAZIONE DEL DNA

La replicazione del DNA si replica attraverso una replicazione semiconservativa, lo sappiamo grazie agli studi di Matthew Meselson e Franklin Stahl nel 1957.La replicazione avviene in due fasi: 1.La doppia elica del DNA si dispiralizza e si rompono i legami a idrogeno tra le basi; 2.I nucleotidi liberi si uniscono a ciascun nuovo filamento in crescita per complementarietà con le basi del filamento stampo.La formazione dei legami avviene grazie al DNA polimerasi.

IL COMPLESSO DI REPLICAZIONE

Il primo evento è lo svolgimento e la separazione dei filamenti di DNA. Un gruppo di proteine agiscono modificando l’avvolgimento della molecola di DNA. Successivamente il DNA elicasi separa i due filamenti. Dopo le proteine leganti il singolo filamento (SSB) si legano ai filamenti sciolti per impedire che si riassocia. Successivamente il complesso di replicazione si lega al DNA in corrispondenza di una sequenza di basi, detta origine della replicazione. Le forcelle si allargano formando due molecole di DNA intrecciate, che verranno separate successivamente.

cellule staminali

telomeri

I TELOMERI NON SI REPLICANO COMPLETAMENTE

I telomeri sono le estremità dei cromosomi. Essi possono perdere da 50 a 200 coppie di basi per ogni divisione cellulare. Questa perdita spiega in parte perché le cellule non durano per tutta la vita nell’organismo, anche se alcune cellule continuano a dividersi anche con la presenza del loro DNA telomerico come le cellule staminali del midollo osseo. Per questo le telomerasi sono importanti nella lotta contro il cancro.

Questi errori certe volte possono aiutare l’evoluzione poiché questi errori possono portare a una mutazione.

-RIPARAZIONE PER ESCISSIONE che rimuove le basi anomale e le sostituisce con quelle funzionanti.

-RIPARAZIONE DELLE ANOMALIE DI APPAIAMENTO che esamina e corregge il DNA subito dopo la replicazione;

-CORREZIONE DI BOZZE che corregge gli errori a mano a mano che a DNA polimerasi li compie;

Il meccanismo di replicazione, pur essendo molto preciso, non è perfetto. Per fortuna le cellule dispongono di tre meccanismi di riparazione:

LA CORREZIONE DEGLI ERRORI DEL DNA

Francis Crick

LA TRASCRIZIONE E L’IPOTESI DEL MESSAGGERO

Francis Crick insieme al suo gruppo propose che da un filamento di DNA di formasse una molecola complementare di RNA. L’RNA messaggero si sposta dal nucleo al citoplasma dove serve da stampo per la sintesi delle proteine durante la trascrizione. Successivamente Crick suggerì che dovesse esistere una molecola adattatrice che riconosce il messaggio e trasporta specifici amminoacidi, questo si chiama RNA transfer.

fattori di trascrizione

promotore

LA TRASCRIZIONE: DAL DNA ALL’RNA

Il processo di trascrizione è suddiviso in tre stadi :inizio, allungamento e terminazione. L’inizio richiede un promotore. Nei procarioti questo è una sequenza di DNA e possiede due sequenze fondamentali tra cui la sequenza di riconoscimento dall’RNA polimerasi. Negli eucarioti l’RNA si lega al DNA soltanto dopo che sul cromosoma si sono associate delle proteine dette fattori di trascrizione. Dopo comincia l'allungamento, cioè l’RNA polimerasi apre il DNA e legge il filamento stampo 3’-5’ attraverso delle terminazioni.

anticodone

amminoacidi

LA TRADUZIONE: DALL’RNA ALLE PROTEINE

Per la traduzione dell’mRNA in proteine abbiamo il bisogno del tRNA che svolge tre funzioni: -”si carica” di un amminoacido; -si associa alle molecole di mRNA; -interagisce con i ribosomi. All’estremità 3’ di ogni molecola di tRNA si trova un sito di attacco per l’amminoacido. Verso la metà della sequenza del tRNA c’è un gruppo di tre basi, chiamato anticodone, che costituisce il sito di appaiamento fra basi complementari con l’mRNA.

Mentre l’allungamento continua, nel sito A entra il tRNA carico, quindi la subunità maggiore catalizza un legame tra i due amminoacidi del due siti. Dopo aver consegnato l’amminoacido il primo tRNA si stacca dal ribosoma e si ricarica e il secondo tRNA slitta nel sito P mentre il ribosoma si sposta. La terminazione avviene quando nel sito A entra uno dei codoni di stop (UAA,UAG,UGA) che non codificano nessun amminoacido.

Come la trascrizione, anche la traduzione avviene in tre tappe: inizio, allungamento e terminazione. L’inizio è costituito da un tRNA ,caricato con un amminoacido, che si lega all’mRNA assieme alla subunità maggiore del ribosoma. A questo punto il tRNA scorre nel sito P del ribosoma mentre il sito A si allinea al secondo codone dell’mRNA.

TRADUZIONE

Negli organismi pluricellulari si riconoscono due tipi di mutazioni: -Le MUTAZIONI SOMATICHE per esempio la mutazione in una singola cellula epiteliale umana, che non verrà trasmessa ai figli; -Le MUTAZIONI NELLA LINEA GERMINALE trasmettibile a un nuovo organismo.

-Una MUTAZIONE SILENTE non ha effetto sulla funzione della proteina; -Una MUTAZIONE CON PERDITA DI FUNZIONE danneggia la funzione della proteina; -Una MUTAZIONE CON ACQUISTO DI FUNZIONE produce una proteina con funzione alterata( comune nei tumori).

GLI EFFETTI

MUTAZIONI

Il caso più frequente è la trisomia 21 o sindrome di Down. La delezione di un intero cromosoma X causa la sindrome di Turner, con nascita femminile, e la corrispondente sindrome di Klinefelter porta alla nascita di maschi.

-Le MUTAZIONI DEL CARIOTIPO che riguardano il numero di cromosomi presenti in un individuo. Queste mutazioni si verificano quando un organismo presenta dei cromosomi in più o in meno rispetto al normale.

-Le MUTAZIONI CROMOSOMICHE sono alterazioni estese;

CATEGORIE

-Le MUTAZIONI PUNTIFORMI ovvero mutazioni di una singola coppia di basi;

-RNA ribosomiale.

-RNA transfer;

-RNA messaggero;

L’RNA è formato da un unico filamento e al posto della citosina ha l’uracile. Ci sono tre tipi di RNA:

Il DNA polimerasi necessità un filamento di avvio, detto primer, che solitamente è un breve filamento di RNA sintetizzato da un enzima detto primasi.Il primer viene eliminato al termine della replicazione. Inoltre il DNA polimerasi lavora in una sola direzione e si divide in filamento veloce, che procede in modo continuo, e filamento lento, che procede in modo discontinuo e ritroso.

Sulla subunità maggiore si trovano tre siti di legame per i tRNA. Un TRNA carico scorre tra un sito e l’altro con un ordine preciso. -Nel sito A (amminoacilico) dell anticodone del tRNA si lega al codone dell’mRNA; -Nel sito P (peptidilico) il tRNA cede il proprio amminoacido alla catena polipeptidica in crescita; -Nel sito E (uscita) viene a trovarsi il tRNA ,che ha consegnato il proprio amminoacido, prima di staccarsi dal ribosoma.

Molto importanti sono i ribosomi, strutture in grado di assemblare correttamente una catena completa. Ogni ribosoma è formato da due unità, una maggiore ed una minore, che si uniscono solo durante la traduzione.

codoni

Il codice genetico è un linguaggio formato da una sequenza di nucleotidi che compongono l’RNA. Secondo tale linguaggio,il messaggio contenuto nella molecola dell'RNA può essere visto come una serie lineare di parole di tre lettere. Queste sequenze si chiamano codoni. Ogni codone è complementare all’altro. Un amminoacido può essere specificato da più codoni, ma un codone può specificare un solo amminoacido.

IL CODICE GENETICO

proteine

Le proteine dopo essere formate sono spedite nel nucleo, nei mitocondri o rimangono nel citosol dove possono raggiungere l’apparato di Golgi dove gli verrà assegnato un proprio compito.

LE MODIFICHE DELLE PROTEINE

-LE SEQUENZE MODERATAMENTE RIPETUTE;

-I TRASPOSONI che possono produrre una mutazione.

-LE SEQUENZE ALTAMENTE RIPETUTE sono piccole sequenze ripetute migliaia di volte ed alcune si trovano sparsi nel genoma come i microsatelliti (STR) che varia da persona a persona e può essere ereditabile;

I genomi degli organismi eucarioti sono pieni di sequenze ripetute:

-REPRIMIBILI dove il repressore entra in funzione solo in presenza di una molecola esterna chiamata corepressore. Per esempio l’operone trp, che controlla la sintesi del triptofano.

-INDUCIBILI dove il repressore blocca l’operatore e viene rimosso solo quando raggiunge una molecola segnale chiamata induttore. Per esempio l’operone lac, che codifica le proteine del lattosio;

Esistono due tipi di operoni: