DUPLICAZIONE DEL DNA

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1 DUPLICAZIONE DEL DNA

2 Nella duplicazione del DNA ciascun filamento della doppia elica aprendosi in corrispondenza del legame tra le basi, funge da stampo per la formazione di un nuovo filamento. Alla separazione graduale dei 2 filamenti corrisponde la formazione di una forca replicativa in cui i due filamenti separati fanno da stampo per la sintesi di 2 filamenti complementari. Si formano cosi due molecole figlie identiche ciascuna costituita da un filamento vecchio e da un filamento nuovo (duplicazione semiconservativa).

3 Affinché si formi una nuova catena polinucleotidica, è necessario l intervento di un enzima che leghi i vari pezzi tra di loro: la DNA-polimerasi permette la polimerizzazione dei nucleotidi. La replicazione del DNA è un processo complicato che coinvolge diversi altri enzimi ciascuno specifico per una determinata fase.

4 SINTESI DELLE PROTEINE

5 Alla sintesi proteica partecipano... DNA trascrizione stampo nucleo m - RNA copia citoplasma t - RNA r - RNA traduzione lettura traduzione Sintesi della proteina ribosomi

6 TRASCRIZIONE Poiché il DNA rimane sempre all interno del nucleo, è indispensabile un qualcosa che faccia da tramite e trasferisca l informazione dal nucleo al citoplasma per consentire la sintesi proteica. Un filamento di DNA viene ricopiato nel corrispondente filamento di RNA che prende il nome di messaggero. Le informazioni vengono trasferite dal DNA all m-rna che le trasporta fuori dal nucleo nel citoplasma. Lo stampo del DNA resta immodificato. Il prodotto di una trascrizione è una catena singola.

7 TRADUZIONE La sequenza nucleotidica dell m-rna viene convertita in una sequenza di aminoacidi uniti a formare una proteina. Sequenza polinucleotidica Sequenza polipeptidica Questo montaggio avviene a livello dei ribosomi con il contributo del t-rna (RNA transfer o di trasferimento). L RNA ribosomale (r-rna) costituisce le due unità, piccola e grande, dei ribosomi. Ogni ribosoma si fissa su un punto della catena del m-rna e muovendosi lungo questa, legge e traduce una dopo l altra tutte le triplette del m-rna. Ad ogni tripletta verrà trasferito l aminoacido corrispondente da parte del t-rna.

8 Ogni t-rna è specifico per un aminoacido isoleucina asparagina valina t-rna arginina m-rna ribosoma

9 LA SINTESI PROTEICA converte la sequenza dei nucleotidi del DNA nella successione di aminoacidi della proteina CODICE GENETICO Alfabeto molecolare rappresentato dalla sequenza dei nucleotidi del DNA che dispone di 4 lettere (basi azotate) che codificano per i 20 aminoacidi 3 nucleotidi (tripletta o codone) = 1 aminoacido 4 3 = 64 combinazioni Uno stesso aminoacido è codificato da più di una tripletta 64 triplette costituiscono il codice genetico che è identico per tutti gli esseri viventi! triplette non senso = non codificano per nessun aminoacido, ma servono per segnalare l inizio o la fine della sintesi proteica.

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11 1. Sintesi proteica su un ribosoma libero nel citoplasma Le proteine sintetizzate restano nel citoplasma 3 2 1

12 2. Sintesi proteica su ribosomi legati al reticolo endoplasmatico rugoso Le proteine sintetizzate o entrano nella composizione delle membrane della cellula o vengono inglobate nelle vescicole per essere trasportate fuori dalla cellula

13 DIVISIONE CELLULARE

14 DIVISIONE CELLULARE È un processo biologico che consente agli organismi pluricellulari di crescere e di reintegrare i tessuti danneggiati e, nel caso degli organismi unicellulari, di riprodursi. Il mezzo con cui un organismo mortale garantisce la sopravvivenza dei propri geni (e quindi della specie).

15 Ogni divisione cellulare inizia sempre con la duplicazione del DNA e con la successiva ripartizione in parti uguali di questo materiale, in modo che i nuclei delle cellule figlie siano identici tra loro e a quello della cellula madre. Esistono delle differenze tra il ciclo cellulare dei procarioti e degli eucarioti. Nella cellula procariotica il processo di divisione è più semplice: consiste nella duplicazione dell unica molecola di DNA e nella successiva divisione del citoplasma (citodieresi).

16 DIVISIONE NEI PROCARIOTI SCISSIONE BINARIA

17 GLI ORGANISMI PLURICELLULARI HANNO 2 TIPOLOGIE DI CELLULE CELLULE SOMATICHE Tutte le cellule che compongono i tessuti dell organismo CELLULE SESSUALI GAMETI (spermatozoi e c.uovo) DIPLOIDI contengono coppie di cromosomi omologhi APLOIDI contengono una sola copia del cromosoma

18 CROMOSOMI Strutture complesse portatrici di una parte dell informazione genetica (geni) DNA + Proteine CROMATINA CROMOSOMI

19 DNA DNA + Proteine CROMATINA CROMOSOMA struttura a ragnatela (fibre attorcigliate e annodate) CROMOSOMA struttura bastoncellare (condensato)

20 CROMOSOMA Cromatidi fratelli A Cromosoma prima della duplicazione B Cromosoma dopo la duplicazione centromero Disposizione della doppia elica del DNA all interno del cromosoma

21 Il numero di cromosomi nelle cellule diploidi è caratteristico di ogni specie (CARIOTIPO) Le cellule umane contengono 46 cromosomi. 23 coppie di cromosomi omologhi (informazione genetica simile, stessa forma e lunghezza). Un cromosoma di ciascuna coppia è d'origine paterna mentre l altro è d origine materna.

22 DIVISIONE NEGLI ORGANISMI PLURICELLULARI MITOSI CELLULE SOMATICHE Si generano 2 cellule figlie con un patrimonio genetico qualitativamente e quantitativamente identico a quello della cellula madre. Assicura la crescita dell individuo e la riparazione di cellule danneggiate o usurate. MEIOSI CELLULE SESSUALI Si generano 4 gameti con patrimonio genetico rimescolato e ridotto a metà rispetto alla cellula madre

23 CICLO CELLULARE Tutte le cellule che crescono passano in un ciclo cellulare che comprende 2 periodi: - la divisione cellulare (fase M = MITOSI) e la separazione nelle cellule figlie; - l interfase (G 1, S e G 2 ) che corrisponde al periodo di crescita della cellula. La cellula organizza le strutture necessarie alla divisione Duplicazione del DNA e sintesi delle proteine La cellula cresce, moltiplica gli organelli e svolge le sue funzioni caratteristiche Durante l interfase i cromosomi non sono visibili al microscopio ottico: il complesso DNA-proteine chiamato cromatina è disperso nel nucleo.

24 MITOSI E il processo di divisione cellulare che conduce alla formazione di 2 cellule figlie ciascuna con un assetto cromosomico identico a quello della cellula madre. Si distinguono 4 fasi Profase Metafase Anafase Telofase

25 MITOSI Si attaccano ai microtubuli del fuso I centrioli, corpuscoli cilindrici, si muovono verso i due poli della cellula generando dei microtubuli che assieme a fibre e proteine costituiscono il fuso mitotico uniti in un punto centrale: il centromero. Ciascuno di essi contiene una delle 2 molecole figlie di DNA prodotte nell interfase S.

26 MITOSI ciascuna cellula riceve lo stesso numero di cromosomi Ricomincia il ciclo cellulare con la fase G1

27 RIPRODUZIONE SESSUALE Formazione di un nuovo individuo dall unione di due cellule sessuali, provenienti da ciascuno dei due genitori.

28 Affinchè il numero di cromosomi di una specie rimanga costante è necessario che i gameti (uovo e spermatozoo) siano APLOIDI. I GAMETI originano dai Gametociti, cellule diploidi contenute nelle gonadi, mediante una speciale serie di divisioni cellulari chiamata Gametogenesi. La tappa cruciale è la MEIOSI ( diminuzione ) è il processo che riduce a metà il corredo cromosomico di una cellula diploide, dando origine a due cellule figlie aploidi

29 MEIOSI una duplicazione del DNA + due divisioni cellulari Ricombinazione genetica Crossing-over (scambio di frammenti tra i cromosomi omologhi) 4 cellule figlie con contenuto cromosomico dimezzato: APLOIDI Variabilità genetica

30 crossing-over Seconda divisione senza essere preceduta da una duplicazione dei cromosomi

31 Crossing - over Cromatidi fratelli Cromosomi omologhi chiasma e crossing-over tra cromatidi non fratelli Cromosomi ricombinati

32 MEIOSI

33 La riproduzione sessuale comporta l alternanza di due fasi DILOIDE APLOIDE Due copie di ciascun cromosoma Tutte le cellule somatiche Una copia di ciascun cromosoma gameti

34 CICLO RIPRODUTTIVO Gametociti 2n Gametociti 2n Meiosi Gameti n femminile Gameti n maschili Fecondazione Zigote 2n Mitosi Differenziamento Organismo pluricellulare

35 RIPRODUZIONE SESSUALE Non è solo la creazione di un nuovo organismo, ma comporta un rimescolamento del materiale genetico ereditario Progenie geneticamente diversa dai genitori Variabilità genetica Possibilità di affrontare meglio le modificazioni ambientali Processo evolutivo

36 VARIABILITA GENETICA CROSSING-OVER Può avvenire in un punto qualsiasi del cromosoma e se ne possono verificare più di uno contemporaneamente nello stesso cromosoma, quindi le variazioni possibili sono moltissime e si originano cromosomi diversi da quelli dei genitori. ASSORTIMENTO INDIPENDENTE Il numero di combinazioni possibili di cromosomi nei gameti è 2 n ; nell uomo 2 23 = gameti diversi FECONDAZIONE La fusione dei gameti di due individui diversi offre un numero di zigoti praticamente infinito (2 23 x 2 23 = oltre miliardi)

37 EVOLUZIONE Processo attraverso il quale le diverse specie viventi derivano da forme di vita preesistenti, in seguito a graduali modificazioni nel corso del tempo

38 La teoria evoluzionistica nota come TEORIA DELLA SELEZIONE NATURALE formulata dal naturalista inglese Charles Darwin ( ) affermava che: fra gli individui di una stessa specie vi fosse grande variabilità genetica; le variazioni individuali dovevano essere ereditarie; sopravvivevano e si riproducevano solo gli individui che avevano raggiunto un miglior adattamento all ambiente

39 Non è la più forte delle specie che sopravvive, né la più intelligente che sopravvive. È quella che più si adatta al cambiamento

40 Adattamento Caratteristica che dà ad un organismo una migliore opportunità di sopravvivenza in un particolare ambiente

41 - L origine della variabilità genetica è la mutazione: la maggior parte delle mutazioni è dannosa o neutra, ma alcune possono risultare vantaggiose, soprattutto in caso di cambiamenti ambientali per cui un individuo mutato si adatta meglio al cambiamento rispetto ad un individuo che non presenta mutazioni riguardo ad un determinato carattere. - Una popolazione in grado di evolversi deve essere costituita da membri caratterizzati da variabilità genetica. Tale variabilità genetica costituisce il materiale su cui operano i fattori evolutivi. - L evoluzione biologica è il risultato delle azioni dei fattori evolutivi che operano per milioni di anni portando al cambiamento della composizione genetica dei membri di una popolazione. - L evoluzione può non solo determinare il cambiamento nel tempo di una singola linea evolutiva, bensì può anche condurre alla formazione di specie distinte a partire da un unica specie progenitrice SPECIAZIONE.

42 L evoluzione dei fringuelli delle Galapagos I progenitori degli attuali fringuelli, che colonizzarono le isole Galapagos molti milioni di anni fa, hanno dato origine a 14 specie diverse, i cui membri si sono adattati ad una peculiare dieta a base di semi, gemme o insetti.