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IPOTESI UN GENE-UN ENZIMA
DNA: contiene tutte le informazioni per definire lo sviluppo e la fisiologia della cellula: ma come svolge questa funzione?
Beadle e Tatum (1941): studiando mutanti della comune muffa del pane formularono ipotesi
“un gene-un enzima”
“un gene-una proteina”
“un gene-una catena polipeptidica”
Dai Geni alle Proteine: RNA Il passaggio dai geni (nucleo) alle proteine (citoplasma)
è reso possibile grazie all’intervento dell’RNA!
RNA o acido ribonucleico, anch’esso formato da una sequenza lineare di nucleotidi.
Il messaggio contenuto in un gene viene trascritto, copiato, sotto forma di RNA, nel nucleo, in un processo chiamato trascrizione.
l’RNA si trasferisce poi dal nucleo al citoplasma dove il messaggio che esso trasporta viene usato per sintetizzare una proteina (traduzione).
Il flusso dell’informazione biologica va dunque sempre dal DNA all’RNA, alle proteine:
DOGMA CENTRALE DELLA BIOLOGIA MOLECOLARE
STRUTTURA DEL RNAL’RNA differisce dal DNA per alcune caratteristiche:
Lo zucchero pentoso è il ribosio anziché il desossiribosio
È costituito da una filamento singolo anziché da una doppia elica
Contiene quattro basi azotate, tre delle quali (A,G e C) uguali a quelle del DNA e una diversa: al posto della timina troviamo l’uracile (U), che al pari della timina si appaia con l’adenina.
Negli eucarioti l’RNA è sintetizzato nel nucleo, ma svolge i suoi compiti nel citoplasma
Esistono diversi tipi di RNA:
1- RNA ribosomiale (rRNA): elemento costitutivo dei ribosomi
2-RNA messaggero (mRNA ): trasporta l’informazione genetica dalDNA al citoplasma, dove vengono sintetizzate le proteine.
3- RNA di trasferimento (tRNA): trasporta gli aminoacidi liberi nelcitoplasma ai ribosomi, durante la sintesi proteica, e serve pertradurre l’informazione contenuta nella sequenza nucleotidicadell’mRNA in una sequenza di aminoacidi
4- altri RNA: trascritto primario hnRNA (RNA eterogeneo nucleare),snRNA (piccolo RNA), siRNA, miRNA, ed altri RNA che partecipanoa diversi processi cellulari
Processo mediante il quale l’informazione contenuta in un gene viene copiata (trascritta) in un molecola di RNA messaggero.
La sintesi dell’mRNA è catalizzata da un gruppo di enzimi, il più importante dei quali è l’RNA Polimerasi.
Il processo è diverso in procarioti ed eucarioti
Nei procarioti trascrizione e traduzione sono contemporanee
Entrambe avvengono
nel citoplasma e
l’mRNA neoprodotto è
immediatamente
utilizzato per la sintesi
proteica.
La trascrizione
RNA polimerasi L’enzima responsabile della
formazione dei legami fosfodiesterei dell’RNA
Richiede:-RNA polimerasi-DNA stampo, il filamento codificante-Ribonucleosidi trifosfati (ATP, CTP; GTP, UTP)
Per iniziare la sintesi l’RNA polimerasi si lega ad una sequenzaspecifica sul DNA (promotore); un’altra sequenza specifica(segnale di terminazione) indica il punto di arresto dellatrascrizione.
Nel punto di attacco dell’enzima i due filamenti di DNA siaprono ed uno di essi funziona da stampo per la sintesi di unamolecola di mRNA ad esso complementare. L’RNA polimerasisi sposta lugo il DNA stampo aggiungendo ribonucleotidiall’estremità 5’ (direzione trascrizione 5’→ 3’)
Trascrizione: sintesi di RNA diretta da DNA
1. Conferisce maggiore stabilità all’mRNA (lo protegge da degradazione operata da RNAasi)
2. Rappresenta il sito di legame del ribosoma all’mRNA
CODICE GENETICO
Contiene un segnale di inizio: rappresentato dal codone AUG (che codifica per l’aa metionina)
Contiene segnali di fine lettura, rappresentati da codoni di stop (o codoni non senso)
Non è ambiguo: un dato codone specifica sempre un unico aa. Es. il codone AUU codifica sempre l’isoleucina.
È ridondante (o degenerato): quasi tutti gli aminoacidi sono specificati da più di un codone. Es. Isoleucina codificata da AUU, AUC, AUA
È universale: valido per tutti gli organismi con pochissime eccezioni.
Codice genetico: degenerato, universale, non ambiguo
La degenerazione spesso segue alcune regole:
•codoni con la prima base differenti codificano per lo stesso aminoacido o per altri
simili;
•codoni che differiscono per la seconda base codificano per aminoacidi simili;
•codoni che differiscono per la terza base codificano per lo stesso aminoacido.
Traduzione
RNA messaggero mRNA
RNA di trasferimento tRNA
Aminoacidi aminoacil-tRNAsintetasi
codice genetico
Ribosomi proteine-rRNA
Struttura generale dei ribosomi degli eucarioti e dei procarioti
Procarioti Eucarioti
Ribosomi assemblati 70S 80S
Subunità maggiore 50S 60S
minore 30S 40S
Proteine maggiore 31 50
minore 21 33
rRNA maggiore 23S+5S 28S+5,8S+5S
minore 16S 18S
Le singole molecole di rRNA (tranne la 5 S) vengono sintetizzate nei nucleoli come RNA
45 S.
Avviene nel citoplasma a livello del ribosomaProcesso rapido: polipeptide di 100 aminoacidi sintetizzato in pochi minuti
Si realizza in 3 fasi:-inizio (fattori di inizio, IF)-allungamento (fattori di allungamento, EF)-terminazione (fattori di terminazione, RF)
Il codone di inizio è AUGSequenza di Shine e Dalgarno nei Procarioti
Aminoacil-tRNA specifiche attivano gli aminoacidi legandoli al proprio tRNA
TRADUZIONE O SINTESI PROTEICA
Procarioti
Trascrizione e traduzione contemporanee
La trascrizione inizia quando la RNA polimerasi si lega al promotore
RNA polimerasi (’)
Promotore (-35, -10)
rRNA: 16S, 23S, 5S
mRNA policistronico (informazione per più geni)
Eucarioti
Trascrizione nucleare Traduzione citoplasmatica
RNA polimerasi non si lega al promotorefinchè altre proteine (TF, fattori di trascrizione) non si sono legate
RNA polimerasi I (rRNA)RNA polimerasi II (mRNA)RNA polimerasi III (tRNA)
Promotore (TATA box) e sequenze regolatrici
rRNA: 18S, 28S, 5.5S, 5S
Splicing alternativo mRNA
MUTAZIONI Cambiamenti improvvisi ed ereditabili del
patrimonio ereditario
Mutazioni geniche: interessano un singolo gene
Mutazioni cromosomiche: quando riguardano un cromosoma
Mutazioni genomiche: quando riguardano l’intero patrimonio ereditario (spesso incompatibili con la vita)
MUTAZIONI
Le mutazioni sono fenomeni casuali e spontanei abbastanza rari.
Il tasso di mutazione spontanea varia da specie a specie, e all’interno della stessa specie, da gene a gene.
In base al suo effetto una mutazione può essere definita:
Vantaggiosa: se aumenta le probabilità di sopravvivenza dell’individuo
Svantaggiosa: se la diminuisce
Neutra: se non la modifica
Mutazioni geniche
Alterazioni della sequenza nucleotidica del DNADiversità genetica su cui agisce la selezione naturale
Mutazioni puntiformi: sostituzione, delezione o aggiunta di una base
• Silenti (degenerazione del codice genetico)•Missenso (un aminoacido viene sostituito con un altro)• Non senso (comparsa di un codone di stop, UAA, UGA, UAG)• Frame-shift (spostamento della griglia di lettura per
inserimento o rimozione di una singola coppia di basi)
Le mutazioni silenti o sinonime si verificano quando la
sostituzione di una base azotata in una sequenza di DNA non
determina variazione della frequenza amminoacidica della
proteina interessata (il codone mutato codifica per lo stesso
aminoacido→ degenerazione codice genetico)
MUTAZIONE SILENTE
MUTAZIONE MISSENSO
Dà origine ad un codone che codifica per una aminoacido diverso da
quello originario
Mutazioni puntiformi
MUTAZIONE NON SENSO
Dà origine ad uno dei tre codoni di stop che segnalano l’arresto
della sintesi della proteina. Hanno sempre effetti gravissimi.
MUTAZIONI FRAME-SHIFT
La perdita o l’aggiunta di un nucleotide hanno come effetto lo
spostamento della griglia di lettura in modo da alterare tutto il
filamento polipeptidico a valle della mutazione. Effetti molto gravi.
• Delezioni (perdita di materiale genetico)
• Inversioni (rimozione e successivo inserimento in direz.opposta)
• Duplicazioni (due copie della stessa informazione genetica)
•Traslocazioni (spostamento di DNA su un altro cromosoma)
Mutazioni cromosomiche: cambiamenti di rilevanti dimensioni