POLITECNICO DI BARI Corso di Laurea Magistrale in Ingegneria Elettronica BIOINFORMATICA DNA COMPUTING Docente Prof. Giuseppe Mastronardi
|
|
- Agnello Miele
- 7 anni fa
- Visualizzazioni
Transcript
1 POLITECNICO DI BARI Corso di Laurea Magistrale in Ingegneria Elettronica BIOINFORMATICA DNA COMPUTING Docente Prof. Giuseppe Mastronardi
2 Sommario Introduzione Cenni di biologia Modello di Adleman Modello di Lipton Implementazione Conclusione
3 Introduzione - Agli inizi del Novecento è iniziata la prima vera indagine sulla natura del mondo microscopico che si è rivelato molto più elusivo di quanto si potesse immaginare e profondamente diverso dal mondo macroscopico di cui ci si è fatto un preciso modello. - Uno dei più grandi fisici di quegli anni, Richard Feynman, in uno straordinario discorso tenuto nel 1959, aveva già delineato le incredibili prospettive del progressivo processo di miniaturizzazione in atto nella tecnologia ed aveva ipotizzato che fosse possibile arrivare a costruire dispositivi di varia natura utilizzando individualmente persino gli stessi atomi. - La miniaturizzazione dei componenti ha però un limite fisico, non si può andare sotto le dimensioni atomiche. Una volta raggiunto tale limite, per ottenere un ulteriore aumento delle prestazioni del calcolatore elettronico, si rende necessario cambiare radicalmente tecnica. Molto lavoro di ricerca si sta sviluppando in tale direzione e si stanno profilando almeno due ipotesi molto promettenti: i quantum-computer ed i DNA-computer.
4 Cenni di biologia (1/6) DNA = DeoxyriboNucleic Acid - Il DNA è una macromolecola formata da due lunghi filamenti uniti tra loro come lo sono i montanti di una scala collegata dai pioli. Gli elementi di costruzione del DNA sono monomeri, detti nucleotidi, ognuno dei quali contiene tre parti: uno zucchero a cinque atomi di carbonio (il deossiribosio), un gruppo fosfato e una base azotata (cioè contenente azoto). - I nucleotidi del DNA contengono lo stesso tipo di zucchero e di gruppo fosfato, ma differiscono per la base azotata. Ci sono quattro diversi tipi di basi: adenina (A), citosina (C), guanina (G) e timina (T); si osserva che nei filamenti di RNA la timina è sostituita dall uracile (U).
5 Cenni di biologia (2/6) CODONI = triplette di nucleotidi - Le 4 basi azotate del DNA (A, T, C, G) costituiscono l alfabeto genetico, mentre ogni unità del codice genetico è una sequenza di 3 basi azotate che prende il nome di codone. Ad esempio, il filamento di RNA UUUACACAG si compone di 3 codoni, UUU, ACA e CAG, a cui corrispondono rispettivamente gli amminoacidi fenilalanina, treonina e glutammina. Una catena di DNA costituita da diverse centinaia di codoni può formare, usando solo i 4 nucleotidi, il codice per una proteina complessa. - Prendendo le 4 basi azotate a gruppi di 3 si possono ottenere 64 combinazioni differenti (infatti 4 3 =64); in natura, però, esistono solo 20 amminoacidi nelle proteine ed è pertanto evidente che alcuni amminoacidi vengono indicati da più di un codone. La ridondanza rende il codice genetico meno vulnerabile alle mutazioni casuali.
6 Cenni di biologia (3/6) CODONI = triplette di nucleotidi codifica dei codoni seconda base U C A G prima base U C A UUU fenilalanina UUC fenilalanina UUA leucina UUG leucina, start CUU leucina CUC leucina CUA leucina CUG leucina, start AAU isoleucina, start AUC isoleucina AUA isoleucina AUG metionina, start UCU serina UCC serina UCA serina UCG serina CCU prolina CCC prolina CCA prolina CCG prolina ACU treonina ACC treonina ACA treonina ACG treonina UAU tirosina UAC tirosina UAA ocra, stop UAG ambra, stop CAU istidina CAC istidina CAA glutammina CAG glutammina AAU asparagina AAC asparagina AAA lisina AAG lisina UGU cisteina UGC cisteina UGA opale, stop UGG triptofano CGU arginina CGC arginina CGA arginina CGG arginina AGU serina AGC serina AGA arginina AGG arginina G GUU valina GUC valina GUA valina GUG valina, start GCU alanina GCC alanina GCA alanina GCG alanina GAU acido aspartico GAC acido aspartico GAA acido glutammico GAG acido glutammico GGU glicina GGC glicina GGA glicina GGG glicina
7 Cenni di biologia (4/6) CODONI = triplette di nucleotidi codifica inversa Sigla Ala Arg Asn Asp Cys Gln Glu Gly His Ile Leu Lys Met Phe Pro Ser Thr Trp Tyr Val start stop Nome alanina arginina asparagina acido aspartico cisteina glutammina acido glutammico glicina istidina isoleucina leucina lisina metionina fenilalanina prolina serina treonina triptofano tirosina valina amminoacidi di start amminoacidi di stop Codoni GCU, GCC, GCA, GCG CGU, CGC, CGA, CGG, AGA, AGG AAU, AAC GAU, GAC UGU, UGC CAA, CAG GAA, GAG GGU, GGC, GGA, GGG CAU, CAC AUU, AUC, AUA UUA, UUG, CUU, CUC, CUA, CUG AAA, AAG AUG UUU, UUC CCU, CCC, CCA, CCG UCU, UCC, UCA, UCG, AGU, AGC ACU, ACC, ACA, ACG UGG UAU, UAC GUU, GUC, GUA, GUG AUG, GUG UAG, UGA, UAA
8 Cenni di biologia (5/6) Alcune tecniche di biologia molecolare - Separazione (melting): divisione di una molecola o di un frammento di DNA nei due filamenti complementari che lo costituiscono; tale operazione si effettua creando delle adeguate condizioni di temperatura, acidità, ecc. per rompere il debole legame idrogeno fra le basi azotate. - Accoppiamento (annealing): unione di due filamenti di DNA complementari ottenuta raffreddando la soluzione ed aggiungendo l enzima ligasi per favorire il processo e rendere più stabili gli accoppiamenti. - Separazione o estrazione per affinità: è una tecnica che permette di estrarre dei filamenti di DNA che hanno dei sottofilamenti con particolari configurazioni (pattern), basandosi sul principio di complementarietà delle basi. - Sintesi artificiale del DNA: permette di sintetizzare in laboratorio molecole di DNA con una sequenza desiderata fino a 100 nucleotidi, in breve tempo e a costi contenuti; inoltre con questa tecnica è possibile sintetizzare sequenze casuali di nucleotidi ancora più lunghe.
9 Cenni di biologia (6/6) Alcune tecniche di biologia molecolare - Amplificazione: produzione di copie di un filamento di DNA mediante la reazione a catena della polimerasi. È necessario l utilizzo dell enzima DNA-polimerasi per replicare un filamento di DNA: l enzima legge il filamento e sceglie da una miscela di basi azotate presenti in soluzione quale inserire seguendo la regola della complementarietà. La reazione consiste nella duplicazione a catena di un filamento iniziale di DNA, per cui dopo n cicli si saranno prodotte 2 n copie del filamento di partenza. - Elettroforesi su gel: è una tecnica che permette di separare i filamenti di DNA sulla base della loro lunghezza. Consiste nel mettere la soluzione contente il DNA in un pozzetto all estremità di un sottile strato di gel a cui viene applicata una corrente elettrica; quindi le molecole di DNA verranno attirate verso l anodo perché possiedono una carica negativa. La caratteristica fondamentale di questa tecnica è che le velocità di migrazione all anodo per le molecole più corte è maggiore rispetto a quella delle molecole più lunghe; questo determina la formazione di un tracciato. Il sistema così ottenuto si può osservare utilizzando particolari reagenti ed illuminando il gel con luce ultravioletta; inoltre è possibile calcolare esattamente il peso molecolare di ciascun frammento separato con una semplice tecnica.
10 Modello di Adleman (1/4) - Nel suo famoso articolo del 1994 Adleman mostrò la possibilità di eseguire delle computazioni a livello molecolare; egli presentò una soluzione biologica per una istanza del problema del percorso hamiltoniano. - Un cammino hamiltoniano su un grafo orientato è un percorso che inizia da un vertice ed arriva ad un altro dopo essere passato per tutti i vertici esattamente una volta; tale cammino, se esiste, sarà formato da n-1 lati se il grafo ha n vertici - Il problema del percorso hamiltoniano per un grafo orientato (PPHO) affrontato da Adleman chiede di stabilire se in un dato grafo orientato, in cui siano stati scelti due vertici, esiste almeno un cammino hamiltoniano che li unisce. - L algoritmo è il seguente: passo 1) si generano tutti i cammini attraverso il grafo; passo 2) si considerano solo i percorsi che iniziano dal nodo di partenza e terminano nel nodo di arrivo; passo 3) si considerano solo i percorsi che attraversano esattamente n vertici; passo 4) si considerano solo i percorsi che passano per un vertice una sola volta; passo 5) si verifica se almeno un percorso è rimasto dopo le selezioni dei passi precedenti; in caso positivo quello è il cammino che si stava cercando.
11 Modello di Adleman (2/4) - Adleman utilizzava dei frammenti di DNA come oggetti di calcolo e particolari enzimi e tecniche di biologia molecolare come operatori. L implementazione di questo algoritmo si basava sull intuizione di Adleman di codificare in maniera opportuna l istanza del problema da risolvere. - Adleman codificò il grafo con le seguenti regole: ad ogni vertice i del grafo G si associa un filamento di una sequenza casuale di DNA della lunghezza di 20 nucleotidi; ogni arco i j in G viene codificato con un filamento di DNA di 20 nucleotidi ottenuto concatenando gli ultimi 10 nucleotidi del vertice i ed i primi 10 nucleotidi del vertice j. - In questo modo i filamenti potevano accoppiarsi per formare una macromolecola che codificasse un percorso attraverso il grafo: uno dei filamenti è la concatenazione delle sequenze di codifica di archi consecutivi, l altro filamento è la concatenazione delle sequenze complementari associate ai vertici del percorso considerato.
12 Modello di Adleman (3/4) -L algoritmo biologico proposto da Adleman è il seguente: passo 1) per ogni vertice e per ogni lato si codificano un numero sufficientemente grande di filamenti di DNA che si mettono in una provetta con acqua, con l enzima ligasi, sali ed altre sostanze che favoriscono l accoppiamento. In questo modo si codificano pressoché istantaneamente (quasi) tutti i possibili cammini tra i vertici. passo 2) si procede con la reazione a catena della polimerasi per amplificare solo quei filamenti di DNA che possiedono il corretto vertice di partenza e di arrivo; passo 3) con l elettroforesi su gel si separano tutte le molecole di DNA che hanno la lunghezza giusta (120 nucleotidi nell esperimento di Adleman in cui il cammino hamiltoniano era lungo 6 lati da 20 nucleotidi ciascuno). passo 4) si selezionano i percorsi che passano per tutti i vertici con la tecnica di separazione per affinità. Questa tecnica permette di estrarre tutte le sequenze che contengono la codifica di un dato vertice, sfruttando il principio di complementarietà delle basi; ripetendo questa estrazione per ogni vertice si riescono ad estrarre tutti i percorsi che passano per ogni vertice. passo 5) si verifica se almeno un filamento di DNA è rimasto dopo le selezioni dei passi precedenti procedendo prima ad amplificazione con polimerasi e poi con elettroforesi su gel che permette di individuare l eventuale filamento; se esiste, quel filamento codifica il cammino hamiltoniano che si stava cercando.
13 Modello di Adleman (4/4) - Questo esperimento non dimostrò soltanto la possibilità di ottenere una soluzione biologica al problema di ricerca del cammino hamiltoniano, ma anche e soprattutto la possibilità più generale di calcolare con il DNA. - Il numero di operazioni richieste in laboratorio cresce linearmente con il numero n di vertici del grafo, benché è noto che questo problema è NP-completo. Il numero di molecole diverse richieste per la computazione è lineare nel numero m degli archi del grafo; infatti il passo 1 richiede la sintesi artificiale di n+m sequenze di DNA, il passo 4 richiede la ripetizione della procedura per n volte e gli altri passi si svolgono in un tempo costante. - Questo significa che un computer a DNA offre una enorme capacità di calcolo parallelo che può renderlo molto più rapido di un supercomputer elettronico per la risoluzione di alcuni problemi, soprattutto all aumento del numero di variabili coinvolte. Nell esempio del PPHO il parallelismo si manifesta nella velocità con cui all inizio si codificano (quasi) tutti i possibili cammini attraverso il grafo. - Inoltre la capacità di memorizzazione del DNA è enormemente superiore rispetto a un computer tradizionale poiché un grammo di DNA, equivalente all incirca ad un centimetro cubo, può immagazzinare l informazione contenuta in circa mille miliardi di CD.
14 Modello di Lipton (1/3) - Uno scienziato di Princeton, Richard Lipton, ha inventato uno schema per tradurre le coppie di basi del DNA in sequenze di 0 e di 1. Egli è anche stato in grado di sviluppare una tecnica che consente alle molecole di DNA nella provetta di reazione di simulare il comportamento delle porte logiche di un computer elettronico. - Lipton ha così mostrato come un computer molecolare può utilizzare anch esso la logica booleana degli operatori NOT, OR, AND ed essere quindi sostanzialmente programmabile come qualsiasi altro computer general-purpose. - Lipton ha affrontato in particolare il problema della soddisfacibilità di una formula booleana (SAT-problem) che ha da subito suscitato notevole interesse nella comunità scientifica. - Nel 1995 Richard Lipton propose uno schema teorico di algoritmo per la risoluzione con il DNA del problema della soddisfacibilità per una formula booleana. Egli considerò una formula booleana nella forma normale disgiuntiva, cioè tipo FBB 1 2. Bm, in cui ogni Bi è una particolare formula booleana detta clausola; una clausola si presenta nella forma BX 1 X2. Xk, in cui ogni Xi è una delle n variabili o una delle n possibili negazioni.
15 Modello di Lipton (2/3) - L algoritmo utilizzato da Lipton per trovare la soluzione al SAT-problem è il seguente: si generano tutte le possibili combinazioni di valori per le n variabili della formula booleana; poi si eliminano tutte le assegnazioni che non soddisfano la prima clausola B1 e si ripete progressivamente la stessa operazione per tutte le assegnazioni che non soddisfano la clausola Bi, con i = 2,, m; infine si verifica se sono rimaste delle assegnazioni di valori per le variabili e, in caso positivo, quelle assegnazioni soddisfano la formula booleana. - L implementazione proposta da Lipton si basava sulla codifica di un grafo orientato con la stessa tecnica adottata da Adleman, in cui ogni nodo x i rappresenta una variabile della formula booleana ed ogni x i la sua negazione. I cammini che vanno dal nodo a 1 al nodo a n+1 si possono considerare come la codifica di un numero binario ad n cifre, in cui si può stabilire per convenzione che se dal vertice a i il cammino va verso un vertice x i allora quel tratto codifica uno 0, altrimenti se va verso un vertice x i codifica un 1.
16 Modello di Lipton (3/3) - All inizio dell esperimento si mettono in soluzione nella provetta t 0 un numero sufficientemente grande di copie di filamenti di DNA della lunghezza di 20 nucleotidi che codificano i vertici e gli archi di questo grafo così costruito. A questo si aggiungono copie di sequenze q 1 e p n, dove indichiamo con q 1 il filamento complementare degli ultimi 10 nucleotidi che codificano a 1 e con p n il filamento complementare dei primi 10 nucleotidi che codificano a n+1. Con il procedimento di accoppiamento si formeranno tutti i possibili percorsi attraverso il grafo ed inoltre la presenza dei frammenti q 1 e p n, assicureranno la formazione prevalente di cammini dal nodo a 1 al nodo a n+1 ; inoltre la simmetria del grafo implicherà che questi cammini si formeranno nella medesima quantità. Partendo dalla provetta t 0 si eliminano i frammenti di DNA che corrispondono alle assegnazioni che non soddisfano la prima clausola B 1 della formula booleana. L operazione che si effettua è l estrazione per affinità che può essere vista come una funzione E(t,i,a) che denota l insieme di tutte le sequenze contenute nella provetta t che hanno la componente i-esima uguale ad a, con a {0,1}. Quindi per passi successivi si costruiscono le provette t 1, t 2,, t m, in cui la provetta t i contiene tutte le sequenze di t i-1 che soddisfano la clausola B i. In questo modo nella provetta t m resteranno, se esistono, solo i frammenti di DNA che soddisfano tutte le clausole, ovvero l intera formula booleana F. Pertanto a questo punto basta solo verificare la presenza di DNA nella provetta per dare una risposta al problema di soddisfacibilità della formula booleana considerata.
17 Implementazione Progetto 1
18 Implementazione Progetto 2
Biologia Molecolare. CDLM in CTF La riparazione del DNA
Biologia Molecolare CDLM in CTF 2010-2011 La riparazione del DNA I tipi di mutazione e le conseguenze Le classi di danno al DNA Meccanismi di riparazione La necessità di codificare l informazione L informazione
DettagliLE AUGURO BUON LAVORO!
Nome:. Cognome:...... Pt./137 Nota ESAME DI SCIENZE SPERIMENTALI: BIOLOGIA Indicazioni: 1. Risponda sempre negli spazi indicati; non separi né scriva sul retro dei fogli. 2. Scriva, o, laddove richiesto,
DettagliAlcune domande di carattere evolutivo
Alcune domande di carattere evolutivo 1. Perché tutti gli organismi viventi (a parte le solite, rare, eccezioni usano lo stesso insieme di 20 aminoacidi? Interrelazioni tra organismi 2. Perché gli amino
Dettagliesperto prof. Ciro Formica
esperto prof. Ciro Formica Immagini e testi tratti dai website di: genome.wellcome.ac.uk, dnaftb.org, unipv.it, unimi.it, wikipedia.it, unibs.it, unisi.it, unina.it, uniroma2.it, nih.gov, zanichelli.it,
DettagliLa sintesi delle proteine
La sintesi delle proteine Struttura del trna In che modo l informazione contenuta sotto forma di sequenze nucleotidiche nel DNA e nell RNA si traduce nella sequenza amminoacidica delle proteine? Esperimenti
DettagliLE AUGURO BUON LAVORO!
Nome:. Cognome:...... ESAME DI SCIENZE SPERIMENTALI: BIOLOGIA Pt./129 Indicazioni: 1. Non separi i fogli. 2. Scriva, o, laddove richiesto, indichi in modo chiaro, preciso e ben leggibile. Risposte di difficile
DettagliProduzione di proteine eterologhe. Cosa occorre per l espressione l livello di una proteina nella cellula? Trascrizione/traduzione/stabilità
Cosa occorre per l espressione l ad alto livello di una proteina nella cellula? Trascrizione/traduzione/stabilità Promotore forte (trascrizione) Presenza di segnali per il riconoscimento dell mrna da parte
DettagliProf. Giorgio Sartor. Sintesi proteica. Trasmissione dell informazione
rof. Giorgio Sartor Sintesi proteica Copyright 2001-2013 by Giorgio Sartor. All rights reserved. B15 -Versione 1.0 nov2013 Trasmissione dell informazione L informazione è contenuta nel DA ed è trasferita
DettagliA. Belli SINTESI PROTEICA.DOCX
Il funzionamento delle informazioni Dopo che fu definitivamente dimostrato l effettivo ruolo del DNA, la prima cosa da chiarire fu come esso potesse codificare le informazioni. La parte variabile del DNA
DettagliEsercizi Verifica 3. Problema 7 Quale sequenza di DNA potrebbe essere lo stampo (templato) per una molecola di RNA di sequenza 5' CGACCUACGGACU 3'
Esercizi Verifica 3 Problema 1 Dato un filamento singolo di DNA... 5 -GCATTGACCGATCGT-3 si costruisca la catena di DNA complementare rispettando la direzione di crescita del filamento neosintetizzato.
Dettagli07/01/2015. I promotori inducibili sono un metodo di espressione dotato di estrema flessibilità
I promotori inducibili sono un metodo di espressione dotato di estrema flessibilità Sistemi altamente utilizzati: plac e derivati, T7RNA pol, promotore pbad Promotori attivati da particolari condizioni
Dettagli07/01/2015. Induzione di un promotore: un modo di superare problemi di tossicità. Plac, il promotore inducibile per eccellenza
Induzione di un promotore: un modo di superare problemi di tossicità Induzione Crescita non inibita Crescita rallentata Crescita bloccata e/o lisi cellulare Crescita di un ceppo che esprime una proteina
DettagliProteine strutturali Sostegno meccanico Cheratina: costituisce i capelli Collagene: costituisce le cartilagini Proteine di immagazzinamento
Tipo Funzione Esempi Enzimi Accelerano le reazioni chimiche Saccarasi: posiziona il saccarosio in modo che possa essere scisso nelle due unità di glucosio e fruttosio che lo formano Ormoni Messaggeri chimici
DettagliDNA E PROTEINE IL DNA E RACCHIUSO NEL NUCLEO, MENTRE LA SINTESI PROTEICA SI SVOLGE NEL CITOPLASMA: COME VIENE TRASPORTATA L INFORMAZIONE?
DNA E PROTEINE NUMEROSI DATI SUGGERISCONO CHE IL DNA SVOLGA IL SUO RUOLO GENETICO CONTROLLANDO LA SINTESI DELLE PROTEINE, IN PARTICOLARE DETERMINANDONE LA SEQUENZA IN AMINOACIDI E NECESSARIO RISPONDERE
DettagliAmminoacidi. Struttura base di un a-amminoacido
Amminoacidi Struttura base di un a-amminoacido Forma non ionizzata Forma ionizzata, sale interno (zwitterione) Il carbonio α di tutti gli α-amminoacidi (tranne la glicina) è asimmetrico (=chirale) D-alanina
DettagliL mrna ED IL CODICE GENETICO
L mrna ED IL CODICE GENETICO LA SEQ. NUCLEOTIDICA DI UN GENE, PER MEZZO DELL mrna, E TRADOTTA NELLA SEQ. AMINOACIDICA DI UN PEPTIDE SEGUENDO REGOLE NOTE COME CODICE GENETICO. LA SUCCESSIONE CONSECUTIVA
DettagliREPLICAZIONE DEL DNA
REPLICAZIONE DEL DNA La replicazione (o anche duplicazione) è il meccanismo molecolare attraverso cui il DNA produce una copia di sé stesso. Ogni volta che una cellula si divide, infatti, l'intero genoma
DettagliDal gene alla proteina
Dal gene alla proteina Il collegamento tra geni e proteine La trascrizione e la traduzione sono i due principali processi che legano il gene alla proteina: uno sguardo panoramico Le informazioni genetiche
Dettaglicondizioni particolari di crescita (es. assenza di ossigeno) Alcune proteine (o loro prodotti) vengono ottenuti in condizioni di anaerobiosi
I promotori inducibili consentono una grande flessibilità nella scelta di vettori d espressioned La scelta di vettori d espressione d dipende principalmente da: RESA Tossicità delle proteine eterologhe
DettagliSequenze nucleotidiche del DNA definite loci costituiscono i geni. Ogni gene codifica per una specifica proteina
sintesi proteica La sintesi proteica è il processo che porta alla formazione delle proteine da sequenze del DN definite geni. Si tratta di un processo a più fasi Nelle sue linee fondamentali questo processo
DettagliDa cosa dipendono le nostre caratteristiche? Come si trasmettono? Perché siamo simili o diversi?
Da cosa dipendono le nostre caratteristiche? Come si trasmettono? Perché siamo simili o diversi? La genetica, è la Scienza che studia i geni, l ereditarietà e la variabilità genetica degli organismi Il
DettagliLE PROTEINE: POLIMERI COSTITUITI DA 20 TIPI DI MONOMERI, I 20 AMINOACIDI
LE PROTEINE: POLIMERI OSTITUITI DA 20 TIPI DI MONOMERI, I 20 AMINOAIDI OGNI PROTEINA PUO ESSERE FORMATA DA MOLTE DEINE O ENTINAIA DI AMINOAIDI E SI LEGANO A FORMARE UNA ATENA NON RAMIFIATA La catena di
DettagliMACROMOLECOLE. Polimeri (lipidi a parte)
MACROMOLECOLE Monomeri Polimeri (lipidi a parte) Le caratteristiche strutturali e funzionali di una cellula o di un organismo sono determinate principalmente dalle sue proteine. Ad esempio: Le proteine
DettagliPercorsi di chimica organica - Soluzioni degli esercizi del testo
ercorsi di chimica organica - Soluzioni degli esercizi del testo AITL 14 1. Il prefisso α negli α-amminoacidi sta ad indicare che il gruppo amminico, - 2, si trova sul carbonio alfa (carbonio legato al
DettagliTRADUZIONE. 2. Transfer (legato agli aminoacidi) 3. Ribosomale (associato a proteine nei ribosomi)
enhancer promotore regione trascritta TATA trascrizione 5 3 splicing mrna 5 3 traduzione Proteina NH2 COOH Funzione biologica TRADUZIONE I tre ruoli svolti dall RNA: 1. Messaggero 2. Transfer (legato agli
DettagliSeminario di Bioinformatica AA
Seminario di Bioinformatica AA 2007-2008 Broccolo Daniele Marcon Lorenzo Vandoni Riccardo {broccolo, marcon, vandoni}@cli.di.unipi.it Sommario /1 Pattern matching: cos è e perché Algoritmi per il pattern
Dettagliamminico è legato all atomo di carbonio immediatamente adiacente al gruppo carbonilico e hanno la seguente
Gli amminoacidi naturali sono α-amminoacidi : il gruppo amminico è legato all atomo di carbonio immediatamente adiacente al gruppo carbonilico e hanno la seguente formula generale: gruppo funzionale carbossilico
DettagliE. Giordano 16/09/2010
GRUPPO NAZIONALE DI BIOINGEGNERIA XXIX Scuola Annuale BIOLOGIA SINTETICA Bressanone 13-17 settembre 2010 1/41 COSTITUENTI MOLECOLARI DELLO CHASSIS CELLULARE Emanuele GIORDANO II Facoltà di Ingegneria Dipartimento
DettagliGli Acidi Nucleici DNA RNA
Gli Acidi Nucleici DNA RNA Gli Acidi nucleici Gli acidi nucleici sono il: DNA (acido desossiribonucleico) RNA (acido ribonucleico) Essi sono formati dai polimeri (molecole molto grosse) i cui monomeri
DettagliSintesi e degradazione delle proteine
Prof. Giorgio Sartor Sintesi e degradazione delle proteine Copyright 2001- by Giorgio Sartor. All rights reserved. B15 - Versione 1.4.1 may Trasmissione dell informazione L informazione è contenuta nel
Dettagliα-amminoacidi O α O α R CH C O - NH 3 forma ionizzata sale interno (zwitterione) OH NH 2 forma non ionizzata (non esistente in realtà)
Amminoacidi 2 forma non ionizzata (non esistente in realtà) 3 forma ionizzata sale interno (zwitterione) In soluzione acquosa c'è equilibrio tra tre forme 3 forma cationica p molto acidi 3 forma zwitterionica
DettagliStruttura degli amminoacidi
AMMINOACIDI, PEPTIDI E PROTEINE AMMINOACIDI, PEPTIDI E PROTEINE AMMINOACIDI, PEPTIDI E PROTEINE Le proteine sono macromolecole costituite dall unione di un grande numero di unità elementari: gli amminoacidi
DettagliTrascrizione e maturazione degli RNA
Trascrizione e maturazione degli RNA L RNA è sisntetizzato a partire dal DNA nel processo della trascrizione L RNA veicola l informazione genica contenuta nel DNA (nucleo) in modo che possa esprimersi
DettagliAmminoacidi. Struttura base di un a-amminoacido
Amminoacidi Struttura base di un a-amminoacido Forma non ionizzata Forma ionizzata, sale interno (zwitterione) Il carbonio α di tutti gli α-amminoacidi (tranne la glicina) è asimmetrico (=chirale) D-alanina
DettagliSintesi e degradazione delle proteine
Prof. Giorgio Sartor Sintesi e degradazione delle proteine Copyright 2001-2012 by Giorgio Sartor. All rights reserved. B15 - Versione 1.4.2 may 2012 Trasmissione dell informazione L informazione è contenuta
DettagliAllineamento dei 2 RNA
La traduzione 2 codone Allineamento dei 2 RNA anticodone Studi Molecolari hanno dimostrato che: 3 residui nucleotidici del mrna sono necessari per codificare ciascun amminoacido Il linguaggio contenuto
DettagliCorso di. Proteomica e bioinformatica. modulo: Biochimica delle proteine
Corso di Proteomica e bioinformatica modulo: Biochimica delle proteine Dott. Stefano Toppo Dipartimento di Chimica Biologica (Vallisneri piano terra stanza 85) Viale G. Colombo, 3-35121 Padova. Tel.:+39-049-8276958
DettagliC1. Il codone di inizio parte dal quinto nucleotide. La sequenza aminoacidica sarà Met Gly Asn Lys Pro Gly Gln STOP.
Soluzioni ai problemi del Capitolo 13 Domande concettuali C1. Il codone di inizio parte dal quinto nucleotide. La sequenza aminoacidica sarà Met Gly Asn Lys Pro Gly Gln STOP. C2. Quando si dice che il
DettagliL mrna ED IL CODICE GENETICO
L mrna ED IL CODICE GENETICO LA SEQ. NUCLEOTIDICA DI UN GENE, PER MEZZO DELL mrna, E TRADOTTA NELLA SEQ. AMINOACIDICA DI UN PEPTIDE SEGUENDO REGOLE NOTE COME CODICE GENETICO. LA SUCCESSIONE CONSECUTIVA
DettagliAMINOACIDI Struttura. Funzione. Classificazione. Proprietà
AMINOACIDI Struttura Funzione Classificazione Proprietà 1 STRUTTURA Composti caratterizzati dalla presenza di un gruppo aminico (NH 2 ) e di un gruppo acido (COOH) legati al medesimo carbonio (C). In soluzione
DettagliStruttura delle Proteine
Chimica Biologica A.A. 2010-2011 Struttura delle Proteine Marco Nardini Dipartimento di Scienze Biomolecolari e Biotecnologie Università di Milano Macromolecole Biologiche Struttura Proteine Proteine:
DettagliIl flusso dell informazione genica Le proteine natura ed informazione Il codice genetico La traduzione (sintesi proteica) Cenni sul folding delle
Il flusso dell informazione genica Le proteine natura ed informazione Il codice genetico La traduzione (sintesi proteica) Cenni sul folding delle proteine Genotipo e fenotipo Mutazioni e polimorfismi Il
DettagliPROTIDI: LE PROTEINE E GLI AMMINOACIDI
PROTIDI: LE PROTEINE E GLI AMMINOACIDI GLI AMMINOACIDI Struttura generica di un amminoacido. R rappresenta un gruppo laterale specifico di ogni amminoacido. In chimica, gli amminoacidi (impropriamente
DettagliDNA: Struttura e caratteristiche
DNA: Struttura e caratteristiche Il DNA è un acido nucleico formato da monomeri detti nucleotidi. Ogni nucleotide è formato da: Zucchero pentoso (desossiribosio) Gruppo fosfato Base azotata Basi azotate:
Dettagliall codons are used in protein synthesis 20 amino acids 3 termination (stop) codons: UAA, UAG, UGA
The genetic code consists of 64 triplet codons (A, G, C, U) 4 3 = 64 all codons are used in protein synthesis 20 amino acids 3 termination (stop) codons: UAA, UAG, UGA AUG (methionine) is the start codon
DettagliIl Codice Genetico. La decodifica della sequenza nucleotidica in. sequenza aminoacidica
Il Codice Genetico La decodifica della sequenza nucleotidica in sequenza aminoacidica La sequenza del mrna viene letta a gruppi di 3 nucleotidi, senza interruzioni e senza sovrapposizioni; 4 3 = 64 ---------64
Dettagliall codons are used in protein synthesis 20 amino acids 3 termination (stop) codons: UAA, UAG, UGA
Il Codice Genetico The genetic code consists of 64 triplet codons (A, G, C, U) 4 3 = 64 all codons are used in protein synthesis 20 amino acids 3 termination (stop) codons: UAA, UAG, UGA AUG (methionine)
DettagliLA SINTESI PROTEICA LE MOLECOLE CHE INTERVENGONO IN TALE PROCESSO SONO:
LA SINTESI PROTEICA La sintesi proteica è il processo che porta alla formazione delle proteine utilizzando le informazioni contenute nel DNA. Nelle sue linee fondamentali questo processo è identico in
DettagliVittoria Patti MACROMOLECOLE BIOLOGICHE. 4. proteine
Vittoria Patti MACROMOLECOLE BIOLOGICHE 4. proteine 1 Funzioni principali delle proteine funzione cosa significa esempi ENZIMATICA STRUTTURALE TRASPORTO MOVIMENTO DIFESA IMMUNITARIA ORMONALE catalizzare
DettagliINTERAZIONE TRA mrna, trna e RIBOSOMI
INTERAZIONE TRA mrna, trna e RIBOSOMI mrna: porta l'informazione della sequenza degli aminoacidi di una determinata proteina. trna: ogni trna è specifico per il trasporto di un determinato aminoacido Ribosoma:
DettagliDržavni izpitni center BIOLOGIA. Prova d'esame 2. Giovedì, 28 agosto 2008 / 120 minuti
Codice del candidato: Državni izpitni center *M08242112I* SESSIONE AUTUNNALE BIOLOGIA Prova d'esame 2 Giovedì, 28 agosto 2008 / 120 minuti Al candidato sono consentiti l'uso della penna stilografica o
DettagliLezione 6. Lo string matching
Lezione 6 Lo string matching String matching Date due stringhe (sequenze di caratteri) vogliamo stabilire se sono uguali Nel caso dello string matching, due stringhe sono uguali se... sono uguali ( DNA
DettagliCodice Genetico (segue)
CODICE GENETICO Nucleotidi, acidi nucleici CODICE GENETICO Codice mediante il quale la sequenza nucleotidica di una molecola di DNA o di RNA specifica la sequenza amminoacidica di un polipeptide. Consiste
DettagliLE BASI AZOTATE PIRIMIDINE PURINE
LE BASI AZTATE PURIE PIRIMIDIE Le basi azotate sono composti eterociclici aromatici con azoti portanti doppietti basici. Possono avere un solo anello (pirimidine) o due (purine). Le basi adenina, guanina
DettagliIPOTESI UN GENE-UN ENZIMA
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
DettagliIl DNA: istruzioni per la vita Bibliografia I colori della Biologia Gatti- Giusti- Anelli Ed. Pearson
Il DNA: istruzioni per la vita Bibliografia I colori della Biologia Gatti- Giusti- Anelli Ed. Pearson Una divisione equa Quando una cellula si divide, si formano due nuove cellule che contengono esattamente
DettagliNome e cognome: [Totale: 80 punti]
Nome e cognome: ruppo / candidato No. SIENZE SPERIMENTLI: BIOLOI [Totale: 80 punti] Raccomandazioni: Rispondere direttamente sui fogli Non separare i fogli Rispondere in modo sintetico e chiaro, usando
DettagliCOME È FATTO? Ogni filamento corrisponde ad una catena di nucleotidi
Il DNA Il DNA è una sostanza che si trova in ogni cellula e contiene tutte le informazioni sulla forma e sulle funzioni di ogni essere vivente: eppure è una molecola incredibilmente semplice. COME È FATTO?
DettagliRNA. Uracile al posto della Timina RNA MESSAGGERO. Sempre a SINGOLO FILAMENTO
DNA 1 RNA Uracile al posto della Timina Sempre a SINGOLO FILAMENTO RNA MESSAGGERO Filamento lineare di sequenze nucleotidiche: copia l informazione presente sul DNA e porta il messaggio a livello dei ribosomi
DettagliAMMINO ACIDI. L equilibrio è regolato dal ph
AMMINO ACIDI AMMINO ACIDI Amminoacido: un composto difunzionale che contiene nell ambito della stessa molecola una funzione amminica -NH 2 e una funzione carbossilica -COOH α-ammino acido: I due gruppi
DettagliTraduzione: dal RNA messaggero alle proteine Sintesi proteica
Traduzione: dal RNA messaggero alle proteine Sintesi proteica D. L. Nelson, M. M. Cox, I PRINCIPI DI BIOCHIMICA DI LEHNINGER 4/E, Zanichelli Editore S.p.A. Copyright 2006 La traduzione Necessita di: (Codice)
DettagliIl Codice Gene,co. Il dogma centrale, il flusso dell informazione genica e la decifrazione della informazione del DNA
Corso di Laurea in Chimica e Tecnologie Farmaceu,che a.a. 2014-2015 Università di Catania Il Codice Gene,co Il dogma centrale, il flusso dell informazione genica e la decifrazione della informazione del
DettagliIntroduzione alla biologia della cellula. Lezione 3 Le biomolecole DNA e RNA
Introduzione alla biologia della cellula Lezione 3 Le biomolecole DNA e RNA Acidi nucleici DNA (acido desossiribonucleico) RNA (acido ribonucleico) Sono polimeri di monomeri detti NUCLEOTIDI Un nucleotide
Dettaglisono le unità monomeriche che costituiscono le proteine hanno tutti una struttura comune
AMINO ACIDI sono le unità monomeriche che costituiscono le proteine sono 20 hanno tutti una struttura comune sono asimmetrici La carica di un amino acido dipende dal ph Classificazione amino acidi Glicina
DettagliDNA Proteine Cellule. Il DNA contiene l informazione per sintetizzare le proteine. proteine cellule. Essere vivente. geni
Sintesi Proteica DNA Proteine Cellule Il DNA contiene l informazione per sintetizzare le proteine geni Essere vivente proteine cellule Essere vivente Il DNA si tiene tutta la gloria, Le proteine fanno
DettagliSUBUNITA MAGGIORE = 60S (rrna 28S, 5.8S e 5S + 45 proteine) SUBUNITA MAGGIORE = 50S (rrna 23S e 5S + 34 proteine)
TRADUZIONE I RIBOSOMI I Ribosomi hanno un diametro di circa 15-30 nm, sono costituiti da proteine ed rrna e sia nei Procarioti che negli Eucarioti, sono costituiti da una subunità maggiore e da una subunità
DettagliCodice Genetico (segue) 04/11/2015. «Wobble base pairs» (appaiamento tentennante di basi) CODICE GENETICO
«Wobble base pairs» (appaiamento tentennante di basi) CODICE GENETICO http://www.atdbio.com/img/articles/rna wobble base pairs large.png CODICE GENETICO Codice mediante il quale la sequenza nucleotidica
DettagliStruttura ed espressione del Gene
Struttura ed espressione del Gene PowerPoint Lectures for Essential Biology, Third Edition Neil Campbell, Jane Reece, and Eric Simon Essential Biology with Physiology, Second Edition Neil Campbell, Jane
DettagliCELLULA PROCARIOTICA PROCARIOTE
CELLULA PROCARIOTICA O PROCARIOTE CELLULA EUCARIOTICA O EUCARIOTE Sany0196.jpg IL NUCLEO Provvisto di due membrane (interna ed esterna) che congiungendosi in alcuni punti formano i pori nucleari attraverso
DettagliCapitolo 19. Risposte a domande interne al capitolo (p. 595) 19.2 (p. 596) a. O H 3 C N CH 2 H OH
Capitolo 19 Risposte a domande interne al capitolo 19.1 (p. 595) 19.2 (p. 596) a. 3 C P C 2 196 b. 2 P P P C 2 c. P C 2 19.3 (p. 610) L RA polimerasi riconosce il sito promotore per un gene, separa i filamenti
DettagliIl DNA e la duplicazione cellulare. Acidi nucleici: DNA, materiale ereditario
Il DN e la duplicazione cellulare Il DN, materiale ereditario Struttura del DN Replicazione del DN Dal DN alla proteina Il odice genetico iclo cellulare Mitosi Meiosi Da Figura 8-11 ampbell & Reece cidi
DettagliLezione 1. Le molecole di base che costituiscono la vita
Lezione 1 Le molecole di base che costituiscono la vita Le molecole dell ereditarietà 5 3 L informazione ereditaria di tutti gli organismi viventi, con l eccezione di alcuni virus, è a carico della molecola
Dettagli1. I nucleotidi sono i «mattoni» del DNA. I nucleotidi sono costituiti da una base azotata; uno zucchero; un gruppo fosfato.
1. I nucleotidi sono i «mattoni» del DNA I nucleotidi sono costituiti da una base azotata; uno zucchero; un gruppo fosfato. 1. I nucleotidi sono i «mattoni» del DNA Le basi azotate, che sono adenina, timina,
Dettagli3.3.2. ALIMENTI DI ORIGINE VEGETALE. 3.3.2.1. Verdure
3.3.2. ALIMENTI DI ORIGINE VEGETALE 3.3.2.1. Verdure Nella Tabella 9 sono riportati i valori degli aminoacidi liberi presenti in alcune fra le più diffuse verdure in commercio. In un passato recente era
DettagliLa chimica della vita si basa sui composti del carbonio e dipende da reazioni chimiche che avvengono in soluzione acquosa.
La chimica della vita si basa sui composti del carbonio e dipende da reazioni chimiche che avvengono in soluzione acquosa. Le cellule contengono 4 famiglie principali di piccole molecole organiche: Amminoacidi
DettagliCHIMICA BIOLOGICA. Seconda Università degli Studi di Napoli. DiSTABiF. Antimo Di Maro. Lezione 3. Corso di Laurea in Scienze Biologiche
Seconda Università degli Studi di Napoli DiSTABiF Corso di Laurea in Scienze Biologiche Insegnamento di CHIMICA BIOLOGICA Antimo Di Maro Anno Accademico 2016-2017 Lezione 3 GLI AMMINOACIDI PROTEICI Le
DettagliTrascrizione e maturazione degli RNA
Trascrizione e maturazione degli RNA Trascrizione e traduzione: espressione dell informazione genica L RNA veicola l informazione genica contenuta nel DNA (nucleo) in modo che possa esprimersi per dare
DettagliJay Phelan, Maria Cristina Pignocchino. Scopriamo la biologia
Jay Phelan, Maria Cristina Pignocchino Scopriamo la biologia Capitolo 2 Le molecole della vita 3 1. Le classi delle biomolecole Le biomolecole sono composti organici formati da: catene di atomi di carbonio,
Dettaglia) un movimento contro gradiente di concentrazione che utilizza fonti primarie di energia
1. Quale considerazione sulla struttura primaria di una proteina è vera? a) è caratteristica delle proteine insolubili b) i ponti S-S la stabilizzano c) i ponti H la stabilizzano d) la proteina assume
DettagliCaratteristiche generali
AMMINOACIDI Gli amminoacidi sono le unità costruttive (building blocks) delle proteine. Come dice il termine, gli amminoacidi naturali sono costituiti da un gruppo amminico (-NH 2 ) e da un gruppo carbossilico
DettagliIPOTESI UN GENE-UN ENZIMA
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
DettagliLe proteine. Polimeri composto da 20 diversi aminoacidi
Le proteine Polimeri composto da 20 diversi aminoacidi (D. Voet, J.G. Voet, Biochemistry, 3 ed., John Wiley & Sons, 2004) PROTEINE come ATTUATORI nella cellula Trasporto elettronico Trasporto di ioni e
DettagliProblemi di ottimizzazione combinatoria ed algoritmi per il physical mapping del DNA
Università Degli Studi Roma Tre Facoltà Di Scienze M.F.N. Corso Di Laurea In Matematica Tesi di Laurea in Matematica di Irene Olivieri Problemi di ottimizzazione combinatoria ed algoritmi per il physical
DettagliSDD Seconde Gli acidi nucleici. Gli acidi nucleici
1 Capire come le informazioni genetiche sono immagazzinate nelle cellule e come avviene la trasformazione di queste informazioni nei meccanismi metabolici delle cellule. Quattro mattoncini La cellula ha
DettagliImmagini e concetti della biologia
Sylvia S. Mader Immagini e concetti della biologia 2 A3 Le molecole biologiche 3 Il carbonio è l elemento di base delle biomolecole Una cellula batterica può contenere fino a 5000 tipi diversi di composti
DettagliAMMINOACIDI E PROTEINE
AMMINOACIDI E PROTEINE Vengono chiamate amminoacidi quelle molecole organiche in cui sono contemporaneamente presenti sia un gruppo acido carbossilico -COO che un gruppo amminico -N2. Una molecola appartenente
DettagliLa traduzione avviene nella cellula in strutture chiamate ribosomi
La traduzione avviene nella cellula in strutture chiamate ribosomi L informazione genetica viene scritta sotto forma di codoni e tradotta in sequenze di amminoacidi Le «parole» del linguaggio chimico del
DettagliL ACQUA E LE SUE PROPRIETÀ
L ACQUA E LE SUE PROPRIETÀ L acqua è una sostanza indispensabile per tutte le forme di vita. Ogni molecola di acqua (H2O) è formata da due atomi di idrogeno e un atomo di ossigeno, uniti tramite due legami
DettagliJay Phelan, Maria Cristina Pignocchino. Scopriamo la biologia
Jay Phelan, Maria Cristina Pignocchino Scopriamo la biologia Capitolo 6 Il DNA in azione 3 1. Il DNA è il materiale genetico Il DNA è composto da una sequenza di nucleotidi. Ogni nucleotide comprende:
DettagliAmminoacidi (1) Acido 2-ammino propanoico (acido α-ammino propionico) α * NH 2 CH 3 COOH. ) ed un gruppo carbossilico ( COOH) nella stessa molecola
Amminoacidi (1) Presentano un gruppo amminico ( NH 2 ) ed un gruppo carbossilico ( COOH) nella stessa molecola CH 3 NH 2 C H α * COOH Acido 2-ammino propanoico (acido α-ammino propionico) 1 Amminoacidi
DettagliDefinizione Composti quaternari: C H O N S P Fe Mg I
PROTIDI Definizione Composti quaternari: C H O N S P Fe Mg I ORIGINE cellulare ogni cellula sintetizza le sue prote CARATTERISTICHE insolubili in acqua sensibili a variazioni di ph coagulano in presenza
DettagliLezione 2. costituiscono la vita
Lezione 2 Le molecole di base che costituiscono la vita Graur Gau and Li: Capitolo o 1 Graur lectures 5 6 7 5 3 Le molecole dell ereditarietà L informazione i ereditaria i di tutti ttigli organismi iviventi,
Dettaglimoli OH - /mole amminoacido
) ) Di seguito è riportata la curva di titolazione di un amminoacido. Osservando il grafico: a) stabilire il valore dei pka dell aminoacido b) calcolare il valore del pi e individuarlo sul grafico. c)
DettagliLezione 2. Le molecole di base che costituiscono la vita
Lezione 2 Le molecole di base che costituiscono la vita Graur and Li: Capitolo 1 5 3 Le molecole dell ereditarietà L informazione ereditaria di tutti gli organismi viventi, con l eccezione di alcuni virus,
DettagliAmminoacidi (1) Acido 2-ammino propanoico (acido α-ammino propionico) α * NH 2 CH 3 COOH
Amminoacidi (1) Presentano un gruppo amminico ( N 2 ) ed un gruppo carbossilico ( OO) nella stessa molecola 3 N 2 α * OO Acido 2-ammino propanoico (acido α-ammino propionico) STPA-himica Organica 1 Amminoacidi
DettagliIl carbonio è l elemento di base delle biomolecole. Una cellula batterica può contenere fino a 5000 tipi diversi di composti organici.
Il carbonio è l elemento di base delle biomolecole Una cellula batterica può contenere fino a 5000 tipi diversi di composti organici. 1 Il carbonio deve acquistare quattro elettroni per essere stabile
DettagliCOME CALCOLARE IL PUNTEGGIO DI UN ALLINEAMENTO? Il problema del calcolo del punteggio di un allineamento può essere considerato in due modi diversi
COME CALCOLARE IL PUNTEGGIO DI UN ALLINEAMENTO? Il problema del calcolo del punteggio di un allineamento può essere considerato in due modi diversi che, però, sono le due facce di una stessa medaglia al
DettagliNome e cognome: [Totale: 80 punti]
Nome e cognome: ruppo / candidato No. SIENZE SPERIMENTLI: BIOLOI [Totale: 80 punti] Raccomandazioni: Rispondere direttamente sui fogli Non separare i fogli Rispondere in modo sintetico e chiaro, usando
DettagliAcidi Nucleici: DNA = acido deossiribonucleico
Acidi Nucleici: DNA = acido deossiribonucleico depositario dell informazione genetica RNA: acido ribonucleico trascrizione e traduzione dell informazione genetica dogma centrale della biologia molecolare
DettagliProf. Fulvio Ursini Dipartimento di Chimica Biologica (Vallisneri IV piano Nord) Viale G. Colombo, Padova. Tel.
Prof. Fulvio Ursini Dipartimento di Chimica Biologica (Vallisneri IV piano Nord) Viale G. Colombo, 3-35121 Padova. Tel.:+39-049-8276104 Fax.:+39-049-8073310 E-mail: fulvio.ursini@unipd.it Funzioni delle
Dettagli