DNA: Struttura e caratteristicheIl DNA è un acido nucleico formato da monomeri detti

nucleotidi. Ogni nucleotide è formato da:� Zucchero pentoso (desossiribosio)� Gruppo fosfato� Base azotata

Basi azotate: caratteristiche� Le basi azotate, in base alla struttura si distinguono in

PURINE e PIRIMIDINE� Nel DNA le PURINE sono ADENINA e GUANINA, le

RIRIMIDINE CITOSINA e TIMINA� Tra basi azotate si formano legami a idrogeno.� Le basi azotate sono tra loro complementari: l’adenina

si lega solo con la timina e la citosina solo con la guanina

Basi azotate: struttura

Struttura del DNA� Il DNA ha una struttura a doppia elica destrorsa a

diametro costante, avvolta intorno al proprio asse maggiore. La doppia elica è stabilizzata dai legami a H.

� L’elica è formata da due catene polinucleotidichecomplementari e antiparallele, cioè orientate in direzione opposta

Catene antiparallele� Ogni catena ha una estremità 51 che termina con un

gruppo OPO3-

� una estremità 31 che termina con un gruppo OH� All’estremità 31 di un filamento corrisponde la 51 del

suo complementare

Duplicazione del DNALa duplicazione del DNA necessita di� I 4 d-ribonucleosidi (d-ATP, d-GTP, d-CTP, d-TTP)� DNA polimerasi� DNA stampo� Primer (filamento che dà avvio alla duplicazione)� Complesso di duplicazione

La duplicazione è semiconservativa e orientata

� La duplicazione è semiconservativa: uno dei filamenti serve da stampo e viene sintetizzato il suo complementare e ciascuna molecola di DNA contiene un filamento vecchio ed uno nuovo

� La duplicazione avviene da 5’ a 3’; i nuovi nucleotidi sono aggiunti all’estremità 3’ che ha un OH libero sul C3’ del desossiribosio terminale. Il nuovo nucleotide si lega mediante legame fosfodiesterico.

La duplicazione è bidirezionaleLa duplicazione è bidirezionale: quando i filamenti si

separano ognuno fa da stampo per una nuova catena complementare

Si formano due coppie di catene ognuna da un filamento vecchio ed uno nuovo.

Ognuna delle due sintesi va in direzione 51à31, siccome i filamenti sono antiparalleli le due sintesi procedono in direzioni opposte

Enzimi di duplicazione� Il DNA dei procarioti è circolare e presenta un sito di

inizio della replicazione, dove si forma la bolla di replicazione (Ori C in E. coli)

� La duplicazione avviene grazie a un complesso di enzimi detto replisoma, formato da due gruppi di enzimi

Enzimi di duplicazione (2)� 1° gruppo: elicasi, girasi e proteine SSB (Single Strand

Binding)§ L’elicasi rompe i legami H e forma la bolla di

replicazione§ La bolla è stabilizzata dalle proteine SSB, capaci di

legarsi ad un singolo filamento§ Lo svolgimento crea dei superavvolgimenti, risolti dalla

girasi

Enzimi di duplicazione (3)� 2° gruppo: DNA-polimerasi I, II, III (necessitano di

Mg2+)§ DNA-polimerasi I: idrolizza i frammenti di Okazaki e li

sostituisce con RNA§ DNA-polimerasi II: poco conosciuta§ DNA-polimerasi III: sintetizza la maggior parte del

DNA; richiede un primer a RNA (sintetizzato dalla primasi) con estremità 3’-OH libero

• Tutte operano solo in direzione 5’à3’

Complesso di inizio

DNA-polimerasi III• La DNA-polimerasi III ha doppia attività

esonucleasica:§ idrolizza i legami nucleosidici per correggere errori

di duplicazione o dovuti a mutazioni§ è responsabile dell’accrescimento di entrambe le

catene; quella in cui avviene “naturalmente” in direzione 5’à3’ è la catena veloce, l’altra (lenta) avviene per successiva aggiunta di frammenti di Okazaki (1000- 2000 nucleotidi)

Frammenti di Okazaki� Nella catena lenta, si ha un filamento ibrido RNA-

DNA� La DNA-polimerasi I idrolizza i frammenti di RNA e li

sostituisce con equivalenti a RNA� La ligasi salda i vari frammenti di DNA� Negli eucarioti, il processo complessivo è simile, ma

esistono migliaia di punti di inizio per ogni cromosoma, perché il DNA eucariotico è formato da moltissime più basi azotate

Duplicazione: schema

Funzioni del DNA� Il DNA è responsabile dell’informazione genica e della

sua trasmissione ereditaria attraverso le generazioni� Il DNA contiene le informazioni per la biosintesi delle

proteine, attraverso le quali si determinano le caratteristiche di un individuo

� Il messaggio del DNA è dato della sequenza di basi azotate

� Il “messaggio” delle proteine è dato dalla sequenza degli amminoacidi (struttura primaria)

Il codice genetico� Il codice genetico è la chiave di lettura che permette il

passaggio dal linguaggio delle basi azotate a quello degli amminoacidi

� Ogni codone o tripletta (gruppo di 3 basi azotate) codifica per uno specifico amminoacido

� Dalla Il messaggio del lettura sequenziale dei vari codoni deriva la corrispondente sequenza primaria della catena polipeptidica sintetizzata

Il codice genetico: caratteristiche� Gli aa sono 20, le combinazioni tra basi 64 (43), quindi

per ogni aa esistono più triplette (degenerazione o ridondanza del codice)

� Ogni codone codifica uno e un solo aa ( non ambiguità del codice)

� Il codice è comune a (quasi) tutti gli organismi ed è quindi evoluzionisticamente molto antico (universalità del codice)

� Eccezioni all’universalità: DNA mitocondriale e cloroplastale, paramecium e pochi altri organismi

Il codice genetico: lettura

Sintesi proteica: trascrizione� Nei procariati è un processo molto rapido con cui la

RNA polimerasi trascrive il messaggio contenuto nel DNA creando una molecola di mRNA

� Il processo avviene secondo gli stessi principi della duplicazione del DNA (direzione 5’à3’, complementarietà delle basi, necessità di nucleosidi 3P), ma non occorre un primer, la timina è sostituita dall’uracile e i nucleosidi contengono ribosio invece di desossiribosio

Tipi di RNA� mRNA: trasposta una copia dell’informazione genica ai

ribosomi; negli eucarioti è sintetizzato nel nucleo da una specifica polimerasi. Nei procarioti è policistronico(contiene l’informazione relativa a più proteine)

� tRNA: trasporta specifici aa e si accoppia ai codoni complementari. Grazie alla struttura tridimensionale a trifoglio è il traduttore che converte il linguaggio delle basi in qello degli aa

� rRNA: costituisce i ribosomi Nei procarioti esiste una sola trascrittasi, negli eucarioti ne

esiste una per ogni tipo di RNA

Tipi di RNA

tRNA struttura

Struttura del ribosoma� I ribosomi sono formati da rRNA e proteine� Ogni ribosoma è costituito da 2 subunità, una

maggiore e una minore che si uniscono solo durante la sintesi

� Negli eucarioti si trovano sul REL, � Nella subunità maggiore ci sono 3 siti di legame

(A,P,E) per i tRNA trasportanti aa.

Sintesi proteica: traduzione� Il messaggio genetico viene tradotto in sequenza

primaria� Negli eucarioti avviene nel ciotosol� Richiede l’mRNA che trasporta il messaggio, genetico,

il tRNA che trasporta aa e i ribosomi che interagiscono con entrambi

� La sintesi avviene in tre fasi: inizio, allungamento, terminazione.

Sintesi proteica: traduzione (2)� Inizio: l’mRNA si lega alla subunità minore e il tRNA

corrispondente ad AUG si lega all’mRNA . La subunità

maggiore si lega a quella minore (complesso d’inizio) e il tRNA si sposta sul sito P.

� Allungamento: il sito A è occupato dal tRNA complementare al codone successivo ad AUG con l’ aa che trasporta; si forma il legame tra i due aa. Il ribosoma scorre lungo l’mRNA e il tRNA del sito A si sposta in P. Il ciclo si ripete.

� Terminazione: ad un codone di stop ( UAA,UAG,UGA) un fattore di rilascio occupa A e impedisce il legame di nuovi tRNA e aa.

Traduzione: schema