08/01/14. Le basi dei nucleotidi sono derivati di purine e pirimidine. Capitolo 3 Nucleotidi, acidi nucleici e informazioni genetiche

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1 Nucleotidi, acidi nucleici e informazioni genetiche Copyright 2013 Zanichelli editore S.p.A. I nucleotidi Conce& chiave 3.1 Le basi azotate dei nucleotidi comprendono due tipi di purine e tre tipi di pirimidine. Le basi azotate dei nucleotidi comprendono due tipi di purine e tre tipi di pirimidine. Il DNA contiene i deossiribonucleotidi adenina, guanina, citosina e timina, mentre l'rna contiene i ribonucleotidi adenina, guanina, citosina e uracile. Le basi dei nucleotidi sono derivati di purine e pirimidine 1

2 Gli zuccheri dei nucleotidi: ribosio e deossiribosio Strutture chimiche di nucleotidi Le basi degli acidi nucleici, i nucleosidi e i nucleotidi 2

3 I nucleotidi più noti: ADP e ATP Funzioni dei nucleotidi ATP Monomeri per la sintesi degli acidi nucleici Cosubstrati e coenzimi Flavin-adenin-dinucleotide (FAD) Coenzima A (CoA) Nicotinammide-adenin-dinucleotide (NAD) Biosegnalazione molecolare AMP ciclico Un derivato nucleotidico: l'adp-glucosio Trasportatore di glucosio attivato 3

4 I nucleotidi Punto di verifica 3.1 Identificate le purine e le pirimidine comunemente riscontrabili negli acidi nucleici. Esercitatevi disegnando le strutture dell'adenina, dell'adenosina e dell'adenilato. Descrivete le differenze chimiche esistenti tra un ribonucleoside trifosfato e un deossiribonucleoside monofosfato. Introduzione alla struttura degli acidi nucleici Conce& chiave 3.2 Nel DNA e nell'rna i residui nucleotidici sono uniti dai legami fosfodiesterici. Nella doppia elica del DNA due filamenti antiparalleli di polinucleotidi si avvolgono uno intorno all'altro interagendo tra loro tramite i legami idrogeno che si formano tra le basi dei filamenti opposti. Le molecole di RNA sono generalmente a singolo filamento e possono formare appaiamenti di basi intramolecolari. Struttura chimica di un acido nucleico 4

5 08/01/14 Rappresentazione schematica di un acido nucleico Forme tautomeriche delle basi Struttura tridimensionale del DNA 5

6 Eliche destrorse e sinistrorse Appaiamento delle basi complementari del DNA Formazione di una struttura a stelo e ansa 6

7 Introduzione alla struttura degli acidi nucleici Punto di verifica 3.2 Elencate le differenze strutturali esistenti tra il DNA e l'rna. Una panoramica sulla funzione degli acidi nucleici Conce& chiave 3.3 Il DNA porta con sé l'informazione genetica sotto forma della propria sequenza di nucleotidi. La sequenza dei nucleotidi del DNA viene trascritta nella sequenza dei nucleotidi dell'rna messaggero che è poi, a sua volta, tradotta in una proteina, cioè in una sequenza di amminoacidi. La replicazione del DNA 7

8 La trascrizione e la traduzione Il dogma centrale della biologia molecolare La traduzione avviene sui ribosomi 8

9 Una panoramica sulla funzione degli acidi nucleici Punto di verifica 3.3 Spiegate come mai la natura a doppio filamento del DNA sia importante per copiare e trasmettere l'informazione genetica nel momento in cui una cellula si divide. Riassumente le tappe del dogma centrale. Qual è il ruolo giocato dall'rna in ognuno di essi? Il sequenziamento degli acidi nucleici Conce& chiave 3.4 In laboratorio gli acidi nucleici possono essere tagliati a livello di sequenze ben precise utilizzando gli enzimi di restrizione. I frammenti di acido nucleico si possono separare in base alla loro dimensione utilizzando l'elettroforesi. Nel metodo della terminazione della catena, la DNA polimerasi genera frammenti di DNA interrotti a caso. l'identificazione del nucleotide che termina la catena di ogni frammento permette di risalire alla sequenza del DNA di origine. Il genoma umano contiene circa geni, corrispondenti a circa l'1,2% dei suoi 3 miliardi di nucleotidi. Le differenze esistenti tra le sequenze rivelano i cambiamenti evolutivi. Le endonucleasi di restrizione tagliano a livello di siti di riconoscimento specifici 9

10 I siti di restrizione Apparato per elettroforesi su gel Elettroferogramma di prodotti digeriti per restrizione 10

11 Funzionamento della DNA polimerasi I Terminazione della sintesi di DNA: i ddntps Il metodo di sequenziamento mediante terminazione della catena 11

12 08/01/14 Dati di sequenziamento del DNA Dimensioni dei genomi sequenziati Il mais e il teosinto differiscono per pochi geni 12

13 Collegamento tra variazione della sequenza genica e patologia umana Il sequenziamento degli acidi nucleici Punto di verifica 3.4 Perché i frammenti più piccoli di DNA migrano più lontano durante le corse elettroforetiche? Riassumete le informazioni conosciute sulla dimensione e il contenuto genico del genoma umano. La manipolazione del DNA Conce& chiave 3.5 I segmenti di DNA possono essere clonati o riprodotti in un organismo ospite. La reazione a catena della polimerasi amplifica un segmento di DNA sintetizzando ripetutamente filamenti complementari. La tecnologia del DNA ricombinante può essere utilizzata per manipolare geni per l'espressione di proteine o per la produzione di organismi transgenici. 13

14 Il plasmide puc18 Diagramma di processo per la costruzione di una molecola di DNA ricombinante Diagramma di processo della reazione a catena della polimerasi (PCR) 14

15 Diagramma di processo della reazione a catena della polimerasi (PCR) Diagramma di processo della reazione a catena della polimerasi (PCR) Le proteine ricombinanti 15

16 08/01/14 Diagramma di processo della mutagenesi sito specifica Topi transgenici Topi transgenici Tg2576 I topi Tg2576 esprimono in emizigosi il gene umano del precursore della proteina beta-amiloide (APP) con una doppia mutazione K670N/ M671L. Questi topi esprimono alti livelli dell APP umana mutata e, con l'avanzare dell'età, sviluppano sia l'accumulo dei peptidi amiloidi che le placche amiloidi nel cervello, oltre che deficit di memoria, rappresentando un modello animale ampiamente accettato dell AD. Immunized Tg/+ mice, with either Aβ or PBS, were immunolabeled for Aβ plaques (green). Therapeutically immunized Tg/+ mice with PBS (A) or Aβ (B). Preventatively immunized Tg/+ mice with PBS (C) or Aβ (D). Lower panels correspond to the Aβ threshold mask used to quantify the number of plaques, in white. Scale bar, 200 μm. The cortex (CTX) and hippocampus (CA1, CA2, CA3 and dentate gyrus (DG)) have been labelled. In all panels, data are representative of three experiments performed with Aβ and PBS treated Tg/+ mice as compared to the +/+. Kaan et al., Cessation of Neoangiogenesis in Alzheimer's Disease Follows Amyloid-beta Immunization. Scientific Reports 3, Article number: 1354 doi: / srep

17 08/01/14 Ahrens et al., Nature Meth. Vedere anche: Il riso dorato transgenico La manipolazione del DNA Punto di verifica 3.5 Definite che cos è una molecola di DNA ricombinante. Illustrate le possibilità tecnologiche che si aprono con con la tecnologia del DNA ricombinante. 17