Capitolo 19. Risposte a domande interne al capitolo (p. 595) 19.2 (p. 596) a. O H 3 C N CH 2 H OH

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1 Capitolo 19 Risposte a domande interne al capitolo 19.1 (p. 595) 19.2 (p. 596) a. 3 C P C 2 196

2 b. 2 P P P C 2 c. P C (p. 610) L RA polimerasi riconosce il sito promotore per un gene, separa i filamenti di DA e catalizza la polimerizzazione di un filamento di RA complementare al filamento di DA che porta il codice genetico di una proteina. Riconosce un sito di terminazione alla fine del gene e rilascia la molecola di RA (p. 610) La sequenza del promotore di un gene, riconosciuta dalla RA polimerasi, segnala il sito di inizio e la direzione di trascrizione (p. 613) Il codice genetico si dice degenerato perché diverse triplette di codoni possono codificare per un singolo aminoacido. 197

3 19.6 (p. 613) Il codice genetico è detto resistente alla mutazione perché un cambiamento nella terza posizione di molti codoni non cambia l identità dell aminoacido codificato (p. 618) Le basi azotate dei codoni sono complementari a quelle degli anticodoni. Come risultato, essi sono in grado di legarsi tramite ponti idrogeno secondo le regole dell accoppiamento delle basi (p. 618) Se la sequenza di un codone dell mra è 5 -AUG-3, la sequenza dell anticodone sarebbe 5 -CAU (p. 621) Il sito P ribosomiale contiene il peptidil tra durante la sintesi proteica. Il peptidil tra è il tra che porta la catena peptidica in crescita. L unica eccezione si ha durante l inizio della traduzione quando il sito-p lega il tra iniziatore (p. 621) Il sito A ribosomiale è la tasca sulla subunità minore ribosomiale che ospita l aminoacil tra durante la fase di allungamento della traduzione. La catena peptidica crescente viene trasferita dal peptidil tra nel sito P all aminoacido attaccato all amminoacil tra nel sito A (p. 623) La normale sequenza di mra, AUG-CCC-GAC-UUU, codifica la sequenza peptidica metionina-prolina-aspartato-fenilalanina. La sequenza di mra mutante, AUG-CGC-GAC-UUU, codifica la sequenza mutante peptide metionina-arginina-aspartato-fenilalanina. Questa non è una mutazione silente poiché un aminoacido idrofobo (prolina) è stato sostituito da un amminoacido a carica positiva (arginina) (p. 623) La sequenza di mra AUG-CCC-GAC-UUU codifica per il tetrapeptide metionina -prolina-aspartato-fenilalanina. La sequenza di mra mutata AUG- 198

4 CCG-GAC-UUU codifica per lo stesso tetrapeptide. Questa è una mutazione silente. La mutazione nella sequenza nucleotidica del gene è nella terza posizione del codone. In questo caso non si altera la sequenza di aminoacidi codificati dal mra. Risposte a Domande ed Esercizi di fine capitolo 19.1 Un ammina eterociclica è un composto che contiene un azoto in almeno una posizione dello scheletro dell anello Le purine e pirimidine, che sono basi azotate, sono ammine eterocicliche L atomo -9 della purina forma il legame -glicosidico con il C-1 dei cinque atomi di carbonio dello zucchero. La struttura generale dell anello purinico viene mostrata di seguito: 19.4 a. La struttura ad anello di una pirimidina: b. L azoto in posizione 1 forma il legame -glicosidico con lo zucchero a 5 atomi di 199

5 carbonio I due filamenti del DA a doppia elica sono detti antiparalleli perché corrono in direzioni opposte. Un filamento progredisce nella direzione 5 3, e il filamento opposto progredisce nella direzione Il DA è composto dallo zucchero 2 -desossiribosio, le purine adenina e guanina, le pirimidine citosina e timina. È generalmente una molecola elicoidale a doppio filamento. L RA è composto dallo zucchero ribosio, le purine adenina e guanina,le pirimidine citosina e uracile. L RA è generalmente a singolo filamento La doppia elica del DA è larga 2 nm. Le basi azotate sono impilate a una distanza di 0,34 nm l una dall altra. Un giro completo della spirale è di 3,4 nm o 10 paia di basi Tre legami idrogeno sono formati tra la citosina e la guanina. 200

6 Cytosine Guanine C 2 2 C Il cromosoma procariotico è una molecola di DA circolare superavvolto (l elica è avvolta su se stessa) Il cromosoma degli eucarioti ha più livelli di struttura. Il primo livello è il nucleosoma, che consiste di un filamento di DA avvolto attorno a un piccolo disco di istoni. Questa stringa di perle viene poi avvolta in una struttura più ampia, chiamata fibra, a 30 nm, avvolte in fibre 200 nm. Ci potrebbero essere molti livelli di struttura che non sono ancora ben compresi Il termine replicazione semiconservativa del DA si riferisce al fatto che ogni filamento di DA parentale funge da stampo per la sintesi di un filamento figlio. Come risultato, ciascuna delle molecole di DA figlio è costituita da un filamento del DA parentale originale e da un filamento di DA di nuova sintesi ella replicazione del DA semiconservativa, ogni molecola di DA figlia consiste di 201

7 un filamento di DA parentale e di un filamento figlio neo sintetizzato: 5 AGCTAAAGGGCCTTCTCGACTA 3 3 TCGATTTCCCGGAAGAGCTGAT 5 5 AGCTAAAGGGCCTTCTCGACTA 3 3 TCGATTTCCCGGAAGAGCTGAT AGCTAAAGGGCCTTCTCGACTA 3 3 TCGATTTCCCGGAAGAGCTGAT La DA polimerasi III deve leggere un filamento di DA stampo e catalizzare la polimerizzazione di un filamento nuovo, ma deve anche rileggere il filamento neosintetizzato per correggere eventuali errori, rimuovendo il nucleotide non correttamente inserito e aggiungendo quello giusto a. La DA polimerasi è detta modello-diretta, perché è governata dalle regole di accoppiamento delle basi, cioè adenine con timina e guanina con citosina. In questo modo la DA polimerasi legge il filamento parentale, il modello, e catalizza la polimerizzazione di un filamento figlio di DA complementare. b. La replicazione del DA è un processo di auto-correzione a causa della capacità di correzione della DA polimerasi III. Durante l allungamento della catena, la DA polimerasi III rileva gli errori sul filamento di DA che è stato appena sintetizzato. I nucleotidi errati vengono rimossi e sostituiti con quelli corretti, complementari al filamento 202

8 parentale TACGGGCTCGACTAACTAGTCT L origine di replicazione di una molecola di DA è una sequenza unica sulla molecola di DA in cui inizia la replicazione L enzima elicasi separa i filamenti di DA all origine di replicazione, in modo che le proteine coinvolte nella replicazione possano interagire con le coppie di basi azotate Poiché i filamenti di DA sono antiparalleli e a causa della necessità di un primer di RA per la replicazione del DA, i meccanismi per la replica dei due filamenti di una molecola di DA sono diversi. Un filamento, chiamato filamento principale, viene replicato in continuazione. Il filamento opposto, chiamato filamento ritardato, viene replicato in maniera discontinua. Per il filamento continuo, un singolo primer di RA viene prodotto all origine di replicazione e la DA polimerasi III catalizza continuamente l aggiunta di nucleotidi nella direzione 5-3, iniziando con l aggiunta del primo nucleotide al primer di RA. Sul filamento ritardato molti primer di RA vengono prodotti man mano che la forcella di replicazione avanza. La DA polimerasi III catalizza la sintesi di DA da ciascuno dei singoli primers. Senza nessun altro processo, il risultato sarebbe una molecola frammentata e con diversi frammenti di RA inclusi nel filamento figlio. La tappa finale della sintesi del DA sul filamento ritardato include la rimozione dei primers, la riparazione delle lacune lasciate dai primers stessi e l unione dei diversi frammenti in un unico filamento di DA DA RA PRTEIE 203

9 19.21 La sequenza nucleotidica del DA contiene il codice genetico per la produzione di proteine e le sequenze nucleotidiche trascritte per produrre RA transfer e RA ribosomiale. Queste informazioni vengono trasmesse da generazione in generazione dalla replicazione del DA. Tre specie di RA sono prodotte dalla trascrizione del DA e interagiscono tra loro per tradurre il codice genetico in proteine. L RA messaggero porta il codice per la proteina; l RA transfer decodifica il messaggio, mentre l RA ribosomiale è un componente funzionale e strutturale del ribosoma, la piattaforma su cui avviene la sintesi proteica. Le proteine effettuano la maggior parte del lavoro cellulare e sono componenti strutturali dell organismo Gli anticodoni si trovano sulle molecole di RA transfer I codoni si trovano sul RA messaggero AUGCCCGUAUCCGGAAUUUCGAUCGAA Se un RA avesse la sequenza nucleotidica 5 -AUGCCAUAACGAUACCCAGUC-3, il DA trascritto avrebbe la seguente sequenza: 3 -TACGGTATTGCTATGGGTCTG-5 Questa sequenza di DA potrebbe essere più propriamente scritta nella forma seguente: 5 -GTCTGGGTATCGTTATGGCAT Lo splicing dell RA è il processo che permette la rimozione delle sequenze non codificanti (introni) del trascritto primario di un mra eucariotico e delle sequenze 204

10 codificanti proteine (esoni) mescolate tra loro RA messaggero, RA transfer e RA ribosomiale L RA messaggero porta il codice genetico di una proteina. L RA transfer decodifica l informazione contenuta nel mra e porta l aminoacido corretto al sito di sintesi proteica. L RA ribosomiale è un componente strutturale e funzionale del ribosoma, la piattaforma sulla quale vengono prodotte proteine Gli spliceosomi sono complessi ribonucleoproteici di piccole dimensioni che svolgono lo splicing dell RA Le snrp, o piccole ribonucleoproteine, sono i componenti dello spliceosoma. Le porzioni di RA delle snrp sono complementari alle sequenze coinvolte nello splicing. Attraverso legami idrogeno al confine delle zone di splicing o sequenze introniche, le snrp riconoscono e riuniscono le sequenze coinvolte nelle reazioni di splicing La coda di poli (A) è un tratto di adenosine polimerizzate sull estremità terminale 3 di un mra, da parte dell enzima poli (A) polimerasi La coda di poli (A) protegge l estremità 3 del mra dalla degradazione da esonucleasi La struttura a cappuccio è composta dal nucleotide 7-metilguanosina legato all estremità 5 di un mra da un ponte trifosfato 5-5. Generalmente i primi due nucleotidi di mra sono metilati I codoni che costituiscono il codice genetico sono el codice genetico ogni parola del codice consiste di tre nucleotidi Il quadro di lettura di un gene è l insieme sequenziale delle triplette di codoni che portano il codice genetico per la struttura primaria di una proteina Metionina e triptofano 205

11 19.38 Serina, arginina, e leucina sono codificate da sei codoni ciascuna I ribosomi svolgono la funzione di piattaforma per la sintesi proteica. Inoltre catalizzano la formazione dei legami peptidici Il sito aminoacil tra (sito A) e il sito peptidil tra (sito P) sono i due siti di legame per il tra sul ribosoma La sequenza di nucleotidi di DA in un gene viene trascritta per produrre una sequenza di nucleotidi di RA complementari in un RA messaggero (mra). el processo di traduzione la sequenza di mra viene letta sequenzialmente in parole di tre nucleotidi (codoni) per produrre una proteina. gni codone aggiunge un particolare aminoacido alla catena peptidica in crescita. Se uno dei codoni è stato modificato mediante mutazione, si può aggiungere l aminoacido errato alla catena peptidica in crescita. Ciò può causare un ripiegamento improprio della proteina e la perdita della funzione biologica Se il mra ha la seguente sequenza nucleotidica: 5 -AUG-UGU-AGU-GAC-CAA-CCG-AUU-UCA-CUG-UGA-3 La proteina avrà la seguente sequenza amminoacidica: met-cys-ser-asp-gln-pro-ile-ser-leu L ultimo codone, UGA, è un codone di stop Un aminoacido è legato a una milecola di tra in una molecola di amoacil-tra con un legame estere. 206

12 19.44 Una mutazione puntiforme è la sostituzione di una coppia di nucleotidi con un altra in un gene Una delezione è una mutazione che provoca la perdita di uno o più nucleotidi da una molecola di DA. Una mutazione di inserimento comporta l aggiunta di uno o più nucleotidi ad una molecola di DA Alcune mutazioni sono silenti perché la variazione nella sequenza nucleotidica non altera la sequenza aminoacidica della proteina. Questo può succedere perché ci sono aminoacidi codificati da più codoni Una mutazione puntiforme è più probabile che sia una mutazione silente perché influenzerà solo un singolo codone. In molti casi, una mutazione puntiforme in un codone, in particolare se è nella terza posizione, non modifica l aminoacido incorporato nella proteina. D altra parte, una delezione di uno o due nucleotidi cambierà il quadro di lettura del gene, il che modificherà la sequenza aminoacidica codificata da tale gene da quel punto alla fine della proteina. Sebbene la delezione di tre nucleotidi non cambi il quadro di lettura, il risultato sarà la perdita di un aminoacido dal peptide La luce UV provoca la formazione di dimeri di pirimidina, il legame covalente di due basi pirimidiniche adiacenti. Le mutazioni si verificano quando il sistema di riparazione del danno UV commette un errore. Questo provoca una variazione nella sequenza nucleotidica del DA Un cancerogeno è un composto che causa il cancro. I tumori sono causati da mutazioni nei geni responsabili del controllo della divisione cellulare. I cancerogeni causano danni al DA che determinano variazioni nella sequenza nucleotidica del gene, pertanto sono anche mutageni. 207

13 19.50 Un enzima di restrizione è un enzima batterico che taglia lo scheletro zucchero-fosfato del DA a una sequenza nucleotidica specifica Un enzima di restrizione è un enzima che taglia il DA in una specifica sequenza bersaglio. Gli enzimi di restrizione sono usati per tagliare il DA bersaglio e il DA vettore, lasciando entrambi con lo stesso tipo di estremità appiccicose. Le estremità appiccicose di DA bersaglio e vettore possono ibridizzare. Il DA bersaglio e vettore sono poi uniti covalentemente utilizzando l enzima DA ligasi Un marker selezionabile è un tratto genetico che può essere utilizzato per rilevare la presenza di un plasmide in un batterio. Molti plasmidi hanno come marker selezionabili geni resistenti agli antibiotici. I batteri contenenti il plasmide saranno in grado di crescere in presenza dell antibiotico, quelli senza il plasmide moriranno Un vettore di clonazione è una molecola di DA auto-replicante (plasmide o fago) in cui il DA estraneo può essere clonato. Una volta all interno della cellula, il vettore e il frammento di DA clonato sarà replicato per produrre un gran numero di copie del DA clonato Insulina umana, interferone, ormone della crescita umana e il fattore VIII umano della coagulazione del sangue L obiettivo finale dell ingegneria genetica potrebbe essere la sostituzione di un gene mutante con una copia normale, e quindi l eliminazione della malattia genetica. Alcuni temono che l ingegneria genetica possa essere utilizzata per cercare di produrre una popolazione di esseri umani con specifiche caratteristiche di intelligenza e aspetto fisico Dopo dodici cicli di reazione a catena della polimerasi, si avranno copie di DA bersaglio. 208

14 19.57 Il Progetto Genoma Umano identificava e mappava tutti i geni del genoma umano e determinava le sequenze di DA complete dei tre miliardi di coppie di nucleotidi I benefici potenziali delle informazioni acquisite nel Progetto Genoma Umano includono una migliore comprensione, il trattamento e la prevenzione di alcune malattie genetiche Una libreria genomica è un insieme di cloni che rappresentano tutte le sequenze di DA nel genoma di un organismo Chromosome walking è una tecnica per l analisi del genoma che richiede librerie di cloni che si sovrappongono. gni volta che un frammento di DA è sequenziato, tali dati sono utilizzati per identificare cloni sovrapposti, in modo che le sequenze di DA prossime al frammento possano essere identificate. Questo processo procede camminando lungo il cromosoma in due direzioni fino a quando l intera sequenza è clonata, mappata e sequenziata Un dideossinucleotide ha atomi di idrogeno anziché gruppi idrossilici legati ai carboni 2 e 3 dello zucchero a 5 atomi di carbonio Poiché un dideossinucleotide non ha alcun gruppo 3 -idrossile, non può formare un legame fosfoestereo con un altro nucleotide. Si comporta quindi da terminatore della catena, poiché nessuna ulteriore polimerizzazione può verificarsi Le sequenze che questi tratti di DA hanno in comune sono evidenziate in grassetto. a. 5 AGCTCCTGATTTCATACAGTTTCTACTACCTACTA 3 b. 5 AGACATTCTATCTACCTAGACTATGTTCAGAA 3 c. 5 TTCAGAACTCATTCAGACCTACTACTATACCTTGG GAGCTCCT 3 d. 5 ACCTACTAGACTATACTACTACTAAGGGGACTATT CCAGACTT 3 L estremità 5 della sequenza (a) è identica all estremità 3 della sequenza (c). 209

15 L estremità 3 della sequenza (a) è identico all estremità 5 della sequenza (d). L estremità 3 della sequenza (b) è identica all estremità 5 della sequenza (c). Da 5 a 3, le sequenze formeranno la seguente mappa: b c a d 210