CORSO DI GENETICA. Roberto Piergentili. Università di Urbino Carlo Bo REPLICAZIONE E COMPOSIZIONE DEL DNA

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1 CORSO DI GENETICA REPLICAZIONE E COMPOSIZIONE DEL DNA

2 La struttura del DNA

3 La replicazione del DNA Iduefilamenti della doppia elica parentale si srotolano generando ciascuno un filamento figlio secondo le regole dell appaiamento (C-G ed A-T)

4 A livello molecolare

5 Attività proofreading La DNA polimerasi svolge il suo lavoro facendo pochissimi errori di incorporazione di nucleotidi grazie alla sua attività esonucleasica 3 Ÿ 5.

6 La polimerasi III di E. coli

7 La replicazione è bidirezionale... batteri e plasmidi e possono esserci molte forche di replicazione eucarioti

8 La forcina di replicazione

9 La prima fase della replicazione

10 La DNA polimerasi agisce solo in direzione 5 Ÿ 3 Sintesi del filamento principale (leading) Sintesi del filamento lento (lagging)

11 La forca di replicazione La crescita della forcina di replicazione cresce in questa direzione DNA neosintetizzato

12 Formazione dei frammenti di Okazaki frammenti di Okazaki Il filamento lagging (lento) ha una replicazione DISCONTINUA.

13 Primasi e ligasi

14 Il ruolo di primasi e ligasi La primasi inserisce un primer di RNA su cui poi si lega la DNA polimerasi III; quest ultima sostituisce i primer interni di RNA con DNA; i frammenti risultanti (solo DNA) vengono saldati insieme dalla DNA ligasi.

15 Il completamento del filamento lagging Vengono sostituiti i frammenti di RNA introdotti dalla primasi (la DNA polimerasi non può iniziare la sintesi dal nulla ) e i frammenti risultanti (solo DNA) vengono saldati dalla DNA ligasi.

16 Il replisoma

17 Problemi di topologia

18 La girasi introduce superavvolgimenti negativi Questi superavvolgimenti possono allentare la tensione del DNA in presenza di superavvolgimenti positivi, ma anche prepararlo per aprire l elica (sia perlareplicazione che per la trascrizione).

19 Il replisoma quindi diventa:

20 Isuperavvolgimenti in vivo

21 La replicazione di E. coli In condizioni ottimali (laboratorio) posso avere una nuova generazione di Escherichia coli ogni 20 minuti circa. Tuttavia, la fisica ci insegna che spazio=velocità x tempo. In base alla lunghezza del DNA di E. coli (nota) e alla velocità di replicazione del DNA nei batteri (altrettanto nota), risulta che una replicazione completa del DNA circolare di questo batterio richiede almeno 40 minuti. Come mettere d accordo questi due dati?

22 Una curiosità sull argomento Lunghezza del DNA di E. coli: 1300 mm (~500voltelacellula batterica) 1giro d elica 10pb = 34 Å = 3,4x10-3 mm Lunghezza del genoma di E. coli: 1300mm x10pb/giro =3,9x10 6 pb 3,4x10-3 mm/giro Velocità di crescita della catena: 3900 Kb = 0,8Kb 2400sec x 2 forche replicative sec 800pb/sec x60sec=80giri x 60 = 4800 giri 10pb/giro min min min Durante la replicazione, il DNA di E. coli gira su se stesso alla stessa velocità di una centrifuga da laboratorio!

23 La replicazione a circolo rotante

24 La replicazione negli eucarioti Negli eucarioti, che hanno MOLTO più DNA, guadagno tempo aumentando il numero di siti di inizio della replicazione. Come detto in precedenza, le forche poi fondono tra loro.

25 La replicazione dei telomeri In assenza di un meccanismo di compensazione, le estremità dei cromosomi LINEARI sono destinate ad essere corrose a causa del meccanismo stesso della replicazione del DNA, portando (alla lunga) alla perdita di informazioni genetiche poste agli estremi dei cromosomi, oltre che alla appiccicosità dei telomeri che a sua volta può portare alla formazione di aberrazioni cromosomiche.

26 La telomerasi Tramite un RNA complementare al DNA telomerico, la telomerasi promuove l allungamento del telomero. È implicata in vari tipi di cancro e nell invecchiamento cellulare.

27 Come chiudere un telomero Anche se allungato dalla telomerasi, l estremità del cromosoma è ancora soggetta a degradazione da esonucleasi e/o appiccicosità. Il problema viene risolto a livello di organizzazione cromatina. della

28 Crick e Brenner (1962) Sistema sperimentale: mutanti nel locus rii del fago T4. Induzione dei mutanti: tramite proflavina (inserzione e delezione di singole coppie nucleotidiche). L esperimento: ricerca di reversioni di mutanti rii a tipo selvatico (capacità di lisare E. coli k(l) con placche di lisi di tipo selvatico). Scoperta delle mutazioni soppressore.

29 Il codice genetico è a triplette Nucleotidi: 4 Aminoacidi: 20 Coppie di due nucleotidi: 16 combinazioni possibili (4x4) Triplette possibili: 64 (4x4x4) -> il codice è ridondante, ovvero degenerato, cioè un aminoacido può essere codificato da più di una tripletta di nucleotidi, mentre ad una tripletta corrisponde uno ed un solo aminoacido.

30 Il gatto grasso e le mutazioni frameshift Tipo selvatico THE FAT CAT ATE THE BIG RAT 1 inserzione THE FAG TCA TAT ETH EBI GRA T 2 inserzioni THE FGA TCA GTA TET HEB IGR AT 3 inserzioni THE GFA GTG CAT ATE THE BIG RAT 1 delezione THE FAC ATA TET HEB IGR AT 2 delezioni THE FAT CAA ETH EBI GRA T 3 delezioni THE FTC ATE THE BIG RAT 1 del. + 1 inserz. THE FTC GAT ATE THE BIG RAT Reversione per soppressione

31 Identificazione delle triplette poli-u poli-ca traduzione poli-phe traduzione poli-his/thr

32 prima lettera Il codice genetico Seconda lettera terza lettera

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