NUCLEOTIDI e ACIDI NUCLEICI

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1 NUCLEOTIDI e ACIDI NUCLEICI

2 Struttura dei nucleotidi Il gruppo fosfato conferisce carica negativa e proprietà acide

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5 FUNZIONI DEI NUCLEOTIDI

6 MOLECOLE DI RISERVA DI ENERGIA L idrolisi dei nucleosidi trifosfato costituisce una fonte di energia chimica per guidare un gran numero di reazioni biochimiche

7 PRECURSOSI DI COENZIMI

8 MOLECOLE REGOLATRICI camp e cgmp: secondi messaggeri ppgpp: viene prodotto nei batteri in risposta ad una diminuzione della sintesi proteica che si ha durante una carenza di amminoacidi. Inibisce la sintesi di rrna e trna non necessari in condizioni di bassi livelli di sintesi proteica.

9 MATTONI DA COSTRUZIONE DEGLI ACIDI NUCLEICI DNA: conservazione e trasmissione dell informazione genetica RNA rrna: componenti strutturali dei ribosomi, sede della sintesi proteica mrna: intermediari, portano l informazione da uno o pochi geni al ribosoma trna: molecole adattatrici, traducono le informazioni presenti in una molecola di mrna in una sequenza di aminoacidi snrna: funzioni regolatrici e catalitiche, precursori delle tre classi principali

10 Deossiribonucleotidi e ribonucleotidi degli acidi nucleici

11 BASI PURINICHE E PIRIMIDINICHE POCO RAPPRESENTATE a) Basi minori del DNA b) Basi minori dei trna Segnali per la regolazione e protezione dell informazione genetica

12 STRUTTURA DEGLI ACIDI NUCLEICI

13 Struttura primaria Oligonucleotidi: 50 nucleot. Polinucleotidi: >50 nucleot. Il PM si esprime in nt, b o kb (catena singola) bp (catena doppia) L informazione genetica è contenuta nella sequenza primaria, combinazione delle 4 basi

14 LE PROPRIETA DELLE BASI DEI NUCLEOTIDI DETERMINANO LA STRUTTURA TRIDIMENSIONALE DEGLI ACIDI NUCLEICI Le basi puriniche e pirimidiniche principali di DNA e RNA sono molecole altamente coniugate; importanti conseguenze sulle proprietà degli acidi nucleici (struttura, distribuzione elettronica, assorbimento della luce) Per effetto della risonanza tra gli atomi degli anelli le pirimidine sono planari, le purine sono quasi planari tutte le basi assorbono la luce UV Le basi puriniche e pirimidiniche sono idrofobiche e poco solubili in acqua ai valori di ph della cellula

15 CONTRIBUTI ALLA COMPRENSIONE DELLA STRUTTURA DEL DNA: Fine anni 40: (Chargaff e coll.) 1. La composizione in basi del DNA varia in genere da una specie all altra 2. Le molecole di DNA isolate da tessuti diversi della stessa specie hanno la stessa composizione in basi 3. La composizione in basi del DNA di una data specie non si modifica con l età dell organismo, con lo stato nutrizionale o in seguito a variazionii ambientali 4. In tutte le molecole di DNA il numero di residui di adenina è uguale al numero di residui di timina (A=T) e il numero di residui di guanina è uguale al numero di residui di citosina (G=C). Da ciò deriva che la somma dei residui purinici è uguale alla somma dei residui pirimidinici (A+G = T+C)

16 Inizio anni 50: (Franklin e Wilkins - analisi di cristalli di DNA tramite diffrazione a raggi X) 1. I polimeri sono elicoidali con due periodicità lungo il loro asse, una primaria di 0.34 nm e una secondaria di 3.4 nm. 2. La molecola di DNA è costituita da due catene

17 1953: Watson e Crick producono il modello tridimensionale della struttura del DNA elaborando ed integrando tutte le informazioni precedenti

18 MODELLO DI WATSON E CRICK

19 COMPLEMENTARIETA DELLE CATENE NELLA DOPPIA ELICA DEL DNA E ACCOPPIAMENTO DELLE BASI SECONDO WATSON E CRICK Interazioni tra le basi: interazioni idrofobiche da impilamento (interazioni di van der Waals, interazioni dipolo-dipolo) si riduce al minimo il contatto delle basi con l acqua legami a idrogeno tra le basi consentono l associazione complementare tra due catene di acido nucleico - la minimizzazione del contatto con l acqua è fondamentale per stabilizzare la struttura - le interazioni tra le basi impilate portano alla diminuzione dell assorbimento UV rispetto ad una soluzione contenente la stessa concentrazione di nucleotidi liberi (EFFETTO IPOCROMICO)

20 Il modello di Watson e Crick non era né completo né perfettamente corretto Nel DNA cellulare sono state riscontrate numerose deviazioni dalla struttura descritta da W e C, alcune delle quali hanno funzioni rilevanti nel metabolismo del DNA Queste variazioni strutturali non alterano le proprietà del DNA definite da W e C: complementarietà tra le catene struttura antiparallela appaiamento specifico delle basi

21 Le variazioni strutturali del DNA dipendono da tre fattori: 1. Conformazione diversa del desossiribosio (endo o eso)

22 2. Rotazioni intorno a legami contigui che fanno parte dello scheletro zucchero-fosfato

23 3. Libertà di rotazione intorno al legame N-glicosilico tra C1 e N della base. Per le basi puriniche sono permesse solo due conformazioni (sin e anti), mentre le pirimidine sono in genere nella conformazione anti (interferenze steriche tra lo zucchero e O carbonilico sul C-2 della pirimidina)

24 Forma B: modello originario proposto da W e C Favorita in condizioni di elevata umidità Forma A: favorita in condizioni di bassa umidità Molecole di RNA a doppio filamento, ibridi DNA-RNA Forma Z: scoperta nel 1979 A differenza di DNA-B e DNA-A la doppia elica è sinistrorsa. Sequenze policg

25 Studi di cristallografia a raggi X hanno potuto spiegare anche Perché DNA-B è favorito in ambiente acquoso? Nella forma B e non nella forma A le molecole di H 2 O si dispongono nel solco minore. I legami H tra H 2 O e DNA possono conferire stabilità alla molecola Quando H 2 O viene rimossa la forma A diventa la struttura più stabile Perché RNA a doppio filamento e DNA-RNA assumono sempre la forma A? Il gruppo OH in 2 nel riboso di RNA nella forma B giace troppo vicino al fosfato e al C8 della base adiacente, quindi RNA non può assumere la forma B, nemmeno in condizioni in cui questa è favorita dall idratazione

26 - da studi di cristallografia a raggi X è emerso che i diversi modelli sono una semplificazione delle strutture reali - la struttura reale della forma B contiene variazioni locali dell angolo di rotazione tra le coppie di basi della conformazione dello zucchero dell angolazione delle basi della distanza tra una coppia di basi e la successiva LA STRUTTURA SECONDARIA DI UN ACIDO NUCLEICO NON E OMOGENEA, ma varia in risposta alle sequenze locali e probabilmente è modificata dall interazione con altre macromolecole

27 STRUTTURA SECONDARIA E TERZIARIA NELLE MOLECOLE DI RNA Le molecole di RNA che si trovano in natura sono generalmente più piccole delle molecole di DNA ed esistono nella maggior parte dei casi come catene singole

28 Possono avere alcune regioni a doppio filamento come conseguenza dell autocomplementarietà RNA M1, componente dell Rnasi P di E.coli, enzima che partecipa alla sintesi di trna

29 L esistenza di regioni complementari a doppio filamento causa spesso un ripiegamento delle molecole di RNA in complicate strutture tridimensionali che vengono considerate come struttura terziaria della molecola

30 CHIMICA DEGLI ACIDI NUCLEICI La capacità di denaturazione e riassociazione è fondamentale per le funzioni biologiche del DNA ed è una proprietà sfruttata in biologia molecolare T m parametro caratteristico dei diversi tipi di DNA

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