Il DNA come molecola in grado di veicolare informazione ereditabile (genetica)

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1 Il DNA come molecola in grado di veicolare informazione ereditabile (genetica) Essenz. Alberts: cap 6 La trasmissione dell informazione replicazione trascrizione traduzione DNA RNA Proteina da, dg, dc, dt A, G, C, U 20 aminoacidi Dogma centrale della biologia 1

2 Definizione molecolare di GENE L intera sequenza di DNA necessaria per la sintesi di un polipeptide (o RNA) funzionale Comprende: regione trascritta = il tratto di DNA che viene trascritto in mrna regioni regolative = tratti di DNA necessari per la corretta trascrizione ed espressione del mrna GENE DNA promotore regione trascritta Trascrizione mrna 5 3 Traduzione Proteina NH2 COOH Funzione biologica 2

3 Gli studi più recenti indicano che molto probabilmente il 70-90% del genoma è trascritto Genoma Trascrittoma Proteoma 3

4 La trasmissione dell informazione 4 desossi-ribonucleotidi 4 ribonucleotidi 20 aminoacidi 4

5 La replicazione del DNA è semiconservativa La replicazione del DNA è semiconservativa 5

6 La polimerizzazione del DNA La DNA polimerasi aggiunge (deossi) nucleotidi all estremità 3 di un filamento di DNA Direzione della polimerizzazione: 5 => 3 La polimerizzazione del DNA richiede due elementi fondamentali: 1. STAMPO 2. INNESCO 6

7 Fase di inizio 7

8 DNA genomico eucariotico: vi sono più origini di replicazione ü Riconoscimento dell origine di replicazione ü Apertura della doppia elica da parte di una elicasi ü I filamenti singoli vengono subito rivestiti da proteine SSB (single-strand binding proteins) che impediscono il riappaiamento del DNA ü Un enzima specifico, la primasi sintetizza un corto segmento di RNA che funziona da primer per la sintesi del DNA ü Poiché la DNA polimerasi può polimerizzare il DNA solo in direzione 5 -> 3, uno dei due filamenti stampo deve essere copiato mediante un meccanismo discontinuo di cucitura all indietro. È quindi definito filamento ritardato 8

9 La forcella replicativa Entrambi i filamenti del DNA fungono da stampo per la replicazione: Filamento guida - filamento lento zucchero trifosfato 9

10 Sul filamento lento avvengono ripetuti eventi di innesco 10

11 La sintesi del filamento ritardato (lagging strand) avviene mediante un meccanismo discontinuo di cucitura all indietro Procede a partire da inneschi multipli, generando frammenti di DNA (frammenti di Okazaki) che vengono uniti da una ligasi Lunghezza frammenti di Okazaki: Procarioti: nt Eucarioti: nt Mentre la sintesi del filamento guida procede, la primasi sintetizza un corto RNA (<15nt) complementare al filamento ritardato; questo funge da primer per la sintesi di DNA nel verso OPPOSTO alla direzione di spostamento della forcella di replicazione. Questi frammenti misti di DNA ed RNA sono stati scoperti da Reiji Okazaki. Quando questo raggiunge il segmento precedente (perche và all indietro), il primer di RNA viene rimosso, lo spazio lasciato vuoto viene riempito con desossinucleotidi, ed I frammenti vengono in fine legati tra loro. A unique property of the replicating region of chromosomal DNA. Sakabe K, Okazaki R. BBA. 1966, 129(3):

12 Un unico complesso multi-enzimatico attivo alla forcella di replicazione B. Alberts, D. Bray, K. Hopkin, A. Johnson, J. Lewis, M. Raff, K. Roberts, P. Walter, BIOLOGIA MOLECOLARE DELLA CELLULA, Zanichelli editore S.p.A. Copyright

13 Altri enzimi importanti: le Topoisomerasi e necessaria una rapida rotazione del DNA in questo punto Stampo del fialmento guida Stampo del filamento lento DNA polimerasi sul filamento guida Catena di DNA di nuova sintesi 13

14 Topoisomerasi di tipo I. È in grado di tagliare e ri-legare un filamento di DNA, riducendo il superavvolgimento Due doppie eliche di DNA sono incastrate tra loro Topoisomerasi di tipo II Chemioterapici: Camptothecin per Topoisomerasi I Etoposide per Topoisomerasi II La DNA topoisomerasi di tipo II effettua un legame covalente reversibile su entrambi i filamenti di una delle due eliche di DNA La reazione inversa della DNA topoisomerasi di tipo II ricrea la doppia elica Le due doppie eliche di DNA sono libere 14

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