CERCATE SU YOU TUBE I FILMATI DI BIOLOGIA CE NE SONO DI TUTTI I TIPI

Transcript

1 CERCATE SU YOU TUBE I FILMATI DI BIOLOGIA CE NE SONO DI TUTTI I TIPI

2 IL MATERIALE GENETICO Fino agli anni 40 si credeva che le proteine fossero le molecole della informazione ereditaria. C erano comunque diverse indicazioni che il materiale genetico fosse costituito dagli acidi nucleici. (Esperimento di Griffith del 1928; esperimento di Avery et al., 1944)

3 Griffith, 1928 Esperimenti di trasformazione batterica utilizzando Diplococcus pneumoniae, ceppo IIIS(virulento, capsulato, coltivato su piastra forma colonie con superficie liscia) e ceppo IIR(non virulento, acapsulato, forma colonie con superficie ruvida)

4

5 Esperimento di Hershey e Chase (1952) fase 1: preparazione dei fagi T2 marcati fase 2: dimostrazione che il DNA è il materiale genetico del fago T2 Fagi La radioattività si ritrova nella progenie fagica all interno di E. coli E. coli Fagi La radioattività NON si ritrova nella progenie fagica all interno di E. coli E. coli

6 Esperimento di Fraenkel-Conrat e Singer (1957) In alcuni virus il materiale genetico è l RNA : Virus del Mosaico del Tabacco

7 COMPOSIZIONE DEL MATERIALE GENETICO Gli acidi nucleici sono composti di subunità ripetute chiamati nucleotidi Ciascun nucleotide è composto da tre unità: un gruppo fosfato, uno zucchero e una base azotata. Pirimidine Purine

8 COMPOSIZIONE DEL MATERIALE GENETICO

9 I NUCLEOTIDI Le basi azotate sono legate allo zucchero a livello del carbonio in posizione 1 Il fosfato si lega al carbonio in posizione 5 a formare il nucleotide La base più lo zucchero formano un nucleoside.

10 STRUTTURA DEL DNA Esperimento di Chargaff (1950) Distribuzione delle purine e delle pirimidine nel DNA di diversi organismi Organismo moli % rapporti molari A T G C A/T G/C (A+T)/(G+C) virus fago T2 32,6 32,6 18,1 18,6 1,00 1,09 1,88 Herpes simplex 13,8 12,8 37,7 35,6 1,07 1,05 0,36 batteri S. pneumoniae 29,8 31,6 20,5 18,0 0,94 1,13 1,59 B. subtilis 28,2 28,3 21,9 21,6 1,00 1,01 1,30 E. coli K12 26,0 23,9 24,9 25,2 1,09 0,99 1,00 S. marcescens 20,3 20,6 29,4 29,7 0,99 0,99 0,69 funghi N. crassa 23,0 23,3 27,1 26,6 0,98 1,01 0,86 S. cerevisiae 31,3 32,9 18,7 17,1 0,95 1,09 1,79 eucarioti sup. frumento 28,1 27,4 21,8 22,7 1,03 0,96 1,25 mais 25,6 25,3 24,5 24,6 1,01 0,99 1,04 D.melanogaster 30,7 29,4 19,6 20,2 1,04 0,97 1,51 uomo timo 30,9 29,4 19,9 19,8 1,05 1,00 1,52 fegato 30,3 30,3 19,5 19,9 1,00 0,98 1,54 spermatozoi 30,5 28,9 19,5 20,6 1,05 0,97 1,47

11 STRUTTURA DEL DNA Conferenza Cold Spring Harbor Laboratory (1953) Dati di Rosalind Franklin e M.Wilkins ottenuti con l analisi del DNA mediante diffrazione ai raggi X ( Franklin non vinse il premio Nobel perché morì prima )

12 STRUTTURA DEL DNA Modello di Watson e Crick, 1953

13 STRUTTURA DEL DNA I nucleotidi sono legati fra loro mediante un legame fosfodiesterico fra il fosfato in 5 e il carbonio in 3 del nucleotide successivo Il singolo filamento di DNA ha una polarità: una estremità 5 P e una 3 OH

14 CARATTERISTICHE DELLA DOPPIA ELICA DEL DNA La doppia elica del DNA ha una struttura antiparallela, con i due filamenti orientati in direzione opposta. I filamenti assumono questa struttura per la complementarietà delle basi azotate: L adenina di un filamento è appaiata alla timina sull altro filamento con la formazione di due legami ad idrogeno La guanina di un filamento alla citosina dell altro filamento con tre legami ad idrogeno

15 REPLICAZIONE DEL DNA SECONDO WATSON E CRICK Il modello di Watson e Crick del DNA prevedeva che l informazione genetica risiedesse nella sequenza delle basi lungo la molecola. I due filamenti della doppia elica parentale si aprono e ciascuno fa da stampo per la sintesi di due nuovi filamenti (replicazione semiconservativa)

16 Z- DNA e B - DNA Z-DNA: elica levogira le coppie di basi distano 0,36-0,38 nm, un giro completo dell elica comprende 12 paia di basi; è una struttura favorevole per sequenze del tipo.gcgcgcgc Un a molecola di DNA può avere tratti con conformazione Z tratti con conformazione B Sono state isolate proteine che si legano specificamente alla forma Z Si ritiene che abbia un ruolo nella regolazione dell espressione genica

17 STRUTTURA DI UNA MOLECOLA DI RNA il ribosio sostituisce il deossiribosio l uracile sostituisce la timina. Le basi sono legate in 1 al ribosio, il gruppo fosfato in 5 e in 3 come nel DNA La struttura secondaria è variabile

18 Principali differenze fra DNA e RNA DNA RNA basi A, T, C, G A, U, C, G zucchero D-2-desossiribosio D-ribosio composizione chi- A = T; G = C variabile -mica struttura fisica doppia elica singolo filamento con struttura variabile secondo il tipo di RNA dimensioni molto grande (vedi eterogeneo, molto più il cromosoma) piccolo del DNA localizzazione nucleo (ma anche mito- citoplasma (in parte nel condri e cloroplasti) nucleo) stabilità metabo- molto stabile (poca diversa a seconda del ti- -lica sintesi o degradazione) po; continua sintesi o degradazione stabilità agli stabile in alcali,in- instabile in acido a calagenti chimici stabile in acido a do, molto instabile in caldo alcali anche a freddo funzione materiale genetico sintesi proteica (materiale genetico in alcuni virus sintesi replicazione su en- trascrizione su un trambi i filamenti solo filamento della della doppia elica doppia elica di DNA

19 Fine

20 ORGANIZZAZIONE DEL MATERIALE EREDITARIO NEL CROMOSOMA virus a DNA 1) cromosoma circolare SF fago M13 di E. coli DF SV40 2) cromosoma lineare DF fagi T 2,T 4,T 6 di E.coli virus a RNA 1) RNA a singolo filamento TMV Virus Mosaico Tabacco 2) 2 filamenti di RNA identici Retrovirus Procarioti: DNA circolare Nei batteri le Topoisomerasi I e II permettono il passaggio da DNA rilassato a DNA superavvolto

21 IL CROMOSOMA BATTERICO

22 I CROMOSOMI DEGLI EUCARIOTI Costituenti del cromosoma eucariotico e loro rapporti quantitativi DNA 1 cromatina proteine 1,5-2,5 proteine istoniche 1 proteine acide 0,5-1,5 RNA 0,05 Proteine istoniche: H 1, H 2 A, H 2 B, H 3, H 4 (H 5 ) sono proteine basiche perché ricche di lisina e arginina hanno un ruolo fondamentale nel determinare la struttura della cromatina. Proteine acide: classe molto eterogenea; possono essere diverse in tessuti diversi; alcune hanno ruolo regolatorio dell attività genica; alcune hanno un ruolo strutturale formano lo scaffold del cromosoma altre sono le proteine della replicazione e della trascrizione

23 LA FIBRA DI CROMATINA A COLLANA DI PERLE Struttura globulare di nm di diametro IL NUCLEOSOMA Un ottamero di istoni intorno a cui si avvolge il filamento di DNA con una molecola di Istone H1 all esterno

24 DAL NUCLEOSOMA ALLA FIBRA DI CROMATINA DI 30 nm Modello di avvolgimento del filamento di DNA per formare la fibra di 30 nm Modello di ancoraggio della fibra di 30 nm all impalcatura di proteine non istoniche Oggi si ritiene che ogni ansa sia una unità indipendente di replicazione e di trascrizione

25 Rappresentazione schematica dei diversi ordini di impacchettamento della cromatina, che sono ritenuti alla base del cromosoma metafasico altamente condensato DNA a doppia elica 2 nm cromatina a collana di perle nm nucleosomi impacchettati nella fibra di cromatina 30 nm sezione distesa di un cromosoma 300 nm sezione condensata di un cromosoma 700 nm cromosoma metafasico 1400 nm

26 CROMOSOMA METAFASICO VISTO AL MICROSCOPIO ELETTRONICO

27 CROMOSOMA METAFASICO VISTO AL MICROSCOPIO ELETTRONICO Cromosoma metafasico dopo la rimozione degli istoni Cromosoma metafasico con istoni

28 CICLO CELLULARE e MITOSI Quando le cellule raggiungono determinate dimensioni devono arrestare l accrescimento e specializzarsi o dividersi La divisione cellulare negli eucarioti coinvolge due processi: mitosi assicura che ogni nuovo nucleo riceva lo stesso numero di cromosomi presenti nella cellula madre citocinesi divisione del citoplasma tra le due cellule figlie

29 Le diverse fasi del ciclo cellulare Interfase (G 1 + S + G 2 ) Mitosi La mitosi rappresenta la fase conclusiva del ciclo cellulare

30 LE DIVERSE FASI DELLA MITOSI Durante la mitosi i cromosomi sono visibili al Microscopio Ottico La metafase è lo stadio di maggior condensazione dei cromosomi

31 CROMOSOMI METAFASICI DI Vitis vinifera 2n = 38 CROMOSOMI METAFASICI DI UOMO 2n = 46

32 IL CARIOTIPO Il numero, la morfologia e le dimensioni dei cromosomi sono costanti e caratteristici per ogni specie e costituiscono il cariotipo Ogni cromosoma presenta: un centromero, posizione variabile due telomeri, le regioni terminali dei cromosomi Alcuni cromosomi presentano una costrizione secondaria e un satellite Con le tecniche di bandeggio cromosomico è possibile riconoscere i cromosomi omologhi di una specie e ricostruire il cariogramma Cariogramma umano

33 FINE

34 FUNZIONI DEL DNA E FLUSSO DELLA INFORMAZIONE GENETICA

35 REPLICAZIONE DEL DNA

36 ESPERIMENTO DI MESELSON E STHAL 1958

37 PROCARIOTI La microfotografia di Cairns 1963 conferma la replicazione semiconservativa nei Procarioti La Replicazione del cromosoma batterico ha un solo punto di origine ed è bidirezionale

38 SINTESI DEL DNA I costituenti fondamentali sono: il DNA stampo un primer (innesco) i 4 deossinucleotiditrifosfati datp, dgtp, dctp, dttp l enzima DNA polimerasi

39 L ENZIMA DELLA REPLICAZIONE L enzima DNA polimerasi catalizza la formazione del legame fosfodiesterico 3 OH-5 P Non può iniziare la sintesi di DNA può solo aggiungere un nucleotide ad filamento già iniziato

40 PROPRIETA DELLE DNA POLIMERASI DI E. COLI La DNA polimerasi I è il primo enzima scoperto (da Kornberg nel 1957) non è l enzima principale della replicazione del DNA L enzima principale della replicazione è la DNA pol III

41 LE TRE ATTIVITÀ DELLA DNA POLIMERASI I E III a b c

42 ATTIVITÀ DI CORREZIONE DI BOZZE DELLE DNA POLIMERASI I, II e III

43 I FRAMMENTI DI OKAZAKI La Replicazione è continua su un filamento e discontinua sull altro Questo è il filamento lento

44 La DNA primasi catalizza la sintesi di corti filamenti di RNA (10-60 nucleotidi) complementari ai filamenti-stampo LE FASI DELLA REPLICAZIONE DEL DNA La DNA polimerasi III utilizza come innesco i filamenti di RNA e catalizza la sintesi del nuovo filamento di DNA La DNA polimerasi I rimuove gli inneschi con la sua attività esonucleasica 5 3 e sintetizza DNA

45 DNA LIGASI La DNA ligasi catalizza la chiusura covalente delle interruzioni nel DNA

46 Le DNA TOPOISOMERASI rimuovono i superavvolgimenti

47 DNA TOPOISOMERASI: meccanismo di azione

48 SCHEMA DI UNA FORCA DI REPLICAZIONE IN E. COLI La topoisomerasi catalizza il rilassamento del DNA Elicasi svolge la doppia elica Le proteine SSB stabilizzano la forca replicativa Frammenti di Okazaki

49 EUCARIOTI Esp. di Taylor e coll 1957 in Allium cepa dimostra che la replicazione è semiconservativa

50 EUCARIOTI Repliconi multipli nei cromosomi eucariotici Più siti di replicazione nel DNA di D. melanogaster:

51 PROPRIETÀ DELLE DNA POLIMERASI NUCLEARI DEGLI EUCARIOTI DNA pol α DNA pol δ DNA pol ε Sintesi Primasi associata Si No No Sintesi da primer a RNA Si Si Si a DNA No Si No Correzione di bozze 3 5 No Si Si La DNA pol α è costituita da 4 subunità, due di esse hanno attività PRIMASICA La sua funzione principale è la sintesi degli inneschi Si ritiene che gli inneschi vengano rimossi da una RNAsiH e gli spazi riempiti dalla DNA pol δ che è capace di partire da un innesco a DNA Le DNA pol δ ed ε formano un complesso δ / ε che costituisce l enzima principale di sintesi del DNA

52 FORCA DI REPLICAZIONE NEGLI EUCARIOTI

53 REPLICAZIONE DEI TELOMERI e l ENZIMA TELOMERASI

54 REPLICAZIONE DEI TELOMERI e l ENZIMA TELOMERASI U!!! è un filamento di RNA!!!

55 ASSEMBLAGGIO DEI NUCLEOSOMI A mano a mano che la forca replicativa avanza vengono smontati i nucleosomi vecchi L assemblaggio dei nucleosomi nuovi avviene appena il nuovo filamento di DNA viene sintetizzato

56 FINE