IPOTESI UN GENE-UN ENZIMA

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2 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 muffa del pane formularono ipotesi un gene-un enzima un gene-una proteina un gene-una catena polipeptidica

3 Dai Geni alle Proteine: RNA Il passaggio dai geni (nucleo) alle proteine (citoplasma) è reso possibile grazie all intervento dell RNA! RNA o acido ribonucleico, anch esso formato da una sequenza lineare di nucleotidi. Il messaggio contenuto in un gene viene trascritto, copiato, sotto forma di RNA, nel nucleo, in un processo chiamato trascrizione. l RNA si trasferisce poi dal nucleo al citoplasma dove il messaggio che esso trasporta viene usato per sintetizzare una proteina (traduzione). Il flusso dell informazione biologica va dunque sempre dal DNA all RNA, alle proteine: DOGMA CENTRALE DELLA BIOLOGIA MOLECOLARE

4 Dogma centrale della BIOLOGIA

5 Dogma centrale della BIOLOGIA

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7 STRUTTURA DEL DNA

8 STRUTTURA DEL RNA L RNA differisce dal DNA per alcune caratteristiche: Lo zucchero pentoso è il ribosio anziché il desossiribosio È costituito da una filamento singolo anziché da una doppia elica Contiene quattro basi azotate, tre delle quali (A,G e C) uguali a quelle del DNA e una diversa: al posto della timina troviamo l uracile (U), che al pari della timina si appaia con l adenina. Negli eucarioti l RNA è sintetizzato nel nucleo, ma svolge i suoi compiti nel citoplasma

9 RNA esiste nella forma di catena poliribonucleotidica a SINGOLO FILAMENTO

10 Nucleotide: Zucchero ribosio Gruppo fosfato Base azotata (A, G, C, U)

11 Esistono diversi tipi di RNA: 1- RNA ribosomiale (rrna): elemento costitutivo dei ribosomi 2-RNA messaggero (mrna ): trasporta l informazione genetica dal DNA al citoplasma, dove vengono sintetizzate le proteine. 3- RNA di trasferimento (trna): trasporta gli aminoacidi liberi nel citoplasma ai ribosomi, durante la sintesi proteica, e serve per tradurre l informazione contenuta nella sequenza nucleotidica dell mrna in una sequenza di aminoacidi 4- altri RNA: trascritto primario hnrna (RNA eterogeneo nucleare), snrna (piccolo RNA), sirna, mirna, ed altri RNA che partecipano a diversi processi cellulari

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13 Processo mediante il quale l informazione contenuta in un gene viene copiata (trascritta) in un molecola di RNA messaggero. La sintesi dell mrna è catalizzata da un gruppo di enzimi, il più importante dei quali è l RNA Polimerasi. Il processo è diverso in procarioti ed eucarioti

14 Nei procarioti trascrizione e traduzione sono contemporanee Entrambe avvengono nel citoplasma e l mrna neoprodotto è immediatamente utilizzato per la sintesi proteica.

15 Negli eucarioti il messaggio viene così espresso

16 RNA POLIMERASI

17 La trascrizione RNA polimerasi L enzima responsabile della formazione dei legami fosfodiesterei dell RNA

18 Trascrizione: sintesi di RNA diretta da DNA Richiede: -RNA polimerasi -DNA stampo, il filamento codificante -Ribonucleosidi trifosfati (ATP, CTP; GTP, UTP) Per iniziare la sintesi l RNA polimerasi si lega ad una sequenza specifica sul DNA (promotore); un altra sequenza specifica (segnale di terminazione) indica il punto di arresto della trascrizione. Nel punto di attacco dell enzima i due filamenti di DNA si aprono ed uno di essi funziona da stampo per la sintesi di una molecola di mrna ad esso complementare. L RNA polimerasi si sposta lugo il DNA stampo aggiungendo ribonucleotidi all estremità 5 (direzione trascrizione 5 3 )

19 PROMOTORE SEQUENZA DI TERMINAZIONE

20 SEGNALI DI INIZIO DELLA TRASCRIZIONE

21 INIZIO DELLA TRASCRIZIONE

22 FASE DI ALLUNGAMENTO

23 FASE DI ALLUNGAMENTO

24 FINE DELLA TRASCRIZIONE

25 FINE DELLA TRASCRIZIONE

26 Il meccanismo della trascrizione

27 REGOLAZIONE DELLA TRASCRIZIONE

28 DIREZIONE DELLA TRASCRIZIONE

29 GLI RNA CONTENGONO SEQUENZE NON CODIFICANTI

30 MATURAZIONE DEGLI RNA EUCARIOTICI

31 1. Conferisce maggiore stabilità all mrna (lo protegge da degradazione operata da RNAasi) 2. Rappresenta il sito di legame del ribosoma all mrna

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33 Cap al 5 : riconoscimento da parte di ribosomi PoliA al 3 : protezione e trasporto

34 I geni eucarioti sono interrotti da sequenza non codificanti (introni)

35 Splicing

36 SPLICING degli mrna eucariotici

37 VANTAGGI DELLA PRESENZA DI INTRONI

38 TRASCRIZIONE: PROCARIOTI/EUCARIOTI

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41 Traduzione dell mrna: IL CODICE GENETICO

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43 CODICE GENETICO Contiene un segnale di inizio: rappresentato dal codone AUG (che codifica per l aa metionina) Contiene segnali di fine lettura, rappresentati da codoni di stop (o codoni non senso) Non è ambiguo: un dato codone specifica sempre un unico aa. Es. il codone AUU codifica sempre l isoleucina. È ridondante (o degenerato): quasi tutti gli aminoacidi sono specificati da più di un codone. Es. Isoleucina codificata da AUU, AUC, AUA È universale: valido per tutti gli organismi con pochissime eccezioni.

44 Codice genetico: degenerato, universale, non ambiguo La degenerazione spesso segue alcune regole: codoni con la prima base differenti codificano per lo stesso aminoacido o per altri simili; codoni che differiscono per la seconda base codificano per aminoacidi simili; codoni che differiscono per la terza base codificano per lo stesso aminoacido.

45 Traduzione RNA messaggero RNA di trasferimento mrna trna Aminoacidi aminoacil-trnasintetasi codice genetico Ribosomi proteine-rrna

46 trna

47 Struttura del trna RNA di trasferimento nucleotidi

48 Aminoacil-tRNA sintetasi

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50 STRUTTURA DEI RIBOSOMI

51 STRUTTURA DEI RIBOSOMI

52 Struttura generale dei ribosomi degli eucarioti e dei procarioti Procarioti Eucarioti Ribosomi assemblati 70S 80S Subunità maggiore 50S 60S minore 30S 40S Proteine maggiore minore rrna maggiore 23S+5S 28S+5,8S+5S minore 16S 18S Le singole molecole di rrna (tranne la 5 S) vengono sintetizzate nei nucleoli come RNA 45 S.

53 STRUTTURA DEI RIBOSOMI

54 TRADUZIONE O SINTESI PROTEICA Avviene nel citoplasma a livello del ribosoma Processo rapido: polipeptide di 100 aminoacidi sintetizzato in pochi minuti Si realizza in 3 fasi: -inizio (fattori di inizio, IF) -allungamento (fattori di allungamento, EF) -terminazione (fattori di terminazione, RF) Il codone di inizio è AUG Sequenza di Shine e Dalgarno nei Procarioti Aminoacil-tRNA specifiche attivano gli aminoacidi legandoli al proprio trna

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63 POLIRIBOSOMI

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68 PROTEINE CHAPERONE

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72 Procarioti Eucarioti Trascrizione e traduzione contemporanee La trascrizione inizia quando la RNA polimerasi si lega al promotore RNA polimerasi ( ) Promotore (-35, -10) rrna: 16S, 23S, 5S mrna policistronico (informazione per più geni) Trascrizione nucleare Traduzione citoplasmatica RNA polimerasi non si lega al promotore finchè altre proteine (TF, fattori di trascrizione) non si sono legate RNA polimerasi I (rrna) RNA polimerasi II (mrna) RNA polimerasi III (trna) Promotore (TATA box) e sequenze regolatrici rrna: 18S, 28S, 5.5S, 5S Splicing alternativo mrna

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74 MUTAZIONI Cambiamenti improvvisi ed ereditabili del patrimonio ereditario Mutazioni geniche: interessano un singolo gene Mutazioni cromosomiche: quando riguardano un cromosoma Mutazioni genomiche: quando riguardano l intero patrimonio ereditario (spesso incompatibili con la vita)

75 MUTAZIONI Le mutazioni sono fenomeni casuali e spontanei abbastanza rari. Il tasso di mutazione spontanea varia da specie a specie, e all interno della stessa specie, da gene a gene. In base al suo effetto una mutazione può essere definita: Vantaggiosa: se aumenta le probabilità di sopravvivenza dell individuo Svantaggiosa: se la diminuisce Neutra: se non la modifica

76 Mutazioni geniche Alterazioni della sequenza nucleotidica del DNA Diversità genetica su cui agisce la selezione naturale Mutazioni puntiformi: sostituzione, delezione o aggiunta di una base Silenti (degenerazione del codice genetico) Missenso (un aminoacido viene sostituito con un altro) Non senso (comparsa di un codone di stop, UAA, UGA, UAG) Frame-shift (spostamento della griglia di lettura per inserimento o rimozione di una singola coppia di basi)

77 MUTAZIONE SILENTE Le mutazioni silenti o sinonime si verificano quando la sostituzione di una base azotata in una sequenza di DNA non determina variazione della frequenza amminoacidica della proteina interessata (il codone mutato codifica per lo stesso aminoacido degenerazione codice genetico)

78 MUTAZIONE MISSENSO Dà origine ad un codone che codifica per una aminoacido diverso da quello originario

79 ANEMIA FALCIFORME

80 Mutazioni puntiformi

81 MUTAZIONE NON SENSO Dà origine ad uno dei tre codoni di stop che segnalano l arresto della sintesi della proteina. Hanno sempre effetti gravissimi.

82 MUTAZIONI FRAME-SHIFT La perdita o l aggiunta di un nucleotide hanno come effetto lo spostamento della griglia di lettura in modo da alterare tutto il filamento polipeptidico a valle della mutazione. Effetti molto gravi.

83 Mutazioni cromosomiche: cambiamenti di rilevanti dimensioni Delezioni (perdita di materiale genetico) Inversioni (rimozione e successivo inserimento in direz.opposta) Duplicazioni (due copie della stessa informazione genetica) Traslocazioni (spostamento di DNA su un altro cromosoma)

84 Mutazioni cromosomiche

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