Introduzione alla biologia della cellula. Lezione 3 Le biomolecole DNA e RNA

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1 Introduzione alla biologia della cellula Lezione 3 Le biomolecole DNA e RNA

2 Acidi nucleici DNA (acido desossiribonucleico) RNA (acido ribonucleico) Sono polimeri di monomeri detti NUCLEOTIDI Un nucleotide è costituito da uno zucchero (pentoso), una base azotata e un gruppo fosfato

3 Zucchero (pentoso) RIBOSIO (NELL RNA) DESOSSIRIBOSIO (NEL DNA)

4 Basi azotate PURINICHE (costituite da DUE ANELLI ciclici) Adenina Guanina PIRIMIDINICHE (costituite da un solo anello) Citosina Timina (presente solo nel DNA) Uracile (presente solo nell RNA)

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6 Il gruppo fosfato, la base azotata e lo zucchero si legano tramite legami COVALENTI STABILI

7 Struttura del DNA Un nucleotide reagisce con un altro nucleotide Il fosfato legato al C5 si lega al C3 del nucleotide successivo Si crea così un asse zucchero-fosfatozucchero Ai lati sporgono le basi azotate

8 Il DNA è costituito da due catene nucleotidiche diposte in senso ANTIPARALLELO Le basi hanno appaiamenti definiti, per garantire la regolarità della struttura (la distanza tra le due catene deve essere costante)

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10 La complicazione successiva consiste nell avvolgimento tridimensionale a elica. I gruppi fosfato (acidi) sporgono all esterno la molecola di DNA interagisce bene con sostanze basiche

11 Funzioni del DNA E depositario dell informazione biologica Il significato delle informazioni è dato dalla SEQUENZA dei nucleotidi nella catena TRASCRIZIONE: sintesi dell RNA REPLICAZIONE: sintesi di nuovo DNA

12 Il codice genetico Il DNA contiene tutte le informazioni necessarie (genoma) a costruire un organismo Le informazioni sono scritte in un CODICE, ovvero il codice genetico (sequenza di triplette di basi azotate) Il messaggio è scritto sulla base della SEQUENZA DELLE BASI; si legge prendendo le basi a tre a tre

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14 Duplicazione del genoma (molecole di DNA). I legami che tengono insieme le basi sono legami a idrogeno; la doppia elica si può aprire facilmente. Si formano due catene separate, ognuna delle quali serve da STAMPO a un altra catena COMPLEMENTARE I nucleotidi vengono poi polimerizzati da DNA-polimerasi

15 Duplicazione del DNA

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17 Trascrizione Trascrivere l informazione significa formare molecole di RNA partendo da uno stampo di DNA Solo una catena serve da stampo, e solo un pezzo viene trascritto La copia complementare (m RNA) esce dal nucleo

18 Struttura dell RNA Lo zucchero utilizzato è il RIBOSIO Le basi azotate sono: adenina, citosina, guanina e uracile Nell'RNA non troviamo la timina (T); invece, è presente l'uracile (U). Anche l'uracile lega l'adenina come fa la timina L RNA non forma una doppia elica ma ha la struttura di una catena semplice (filamento singolo)

19 Esistono tre tipi di RNA RNA messaggero (mrna): è un filamento lineare RNA ribosomiale (rrna): molecole filamentose di RNA insieme a proteine vanno a costituire un organulo (ribosoma) RNA transfer (trna): filamento singolo dalla forma a trifoglio

20 L RNA non è in grado di replicarsi da solo, ovvero di produrre copie di se stesso. I diversi tipi di RNA vengono elaborati a partire da un filamento di DNA, che agisce da stampo, attraverso un processo detto TRASCRIZIONE.

21 L'RNA messaggero (mrna) è il prodotto della trascrizione del DNA e porta l informazione trascritta sul filamento al sito della sintesi proteica. Le due estremità sono ORIENTATE perché sia riconoscibile il corretto senso di lettura. L'RNA transfer (trna) è costituito da piccole molecole a forma di trifoglio, ciascuna delle quali porta uno specifico aminoacido. A ogni codone (sequenza di tre basi azotate, specifica per ogni aminoacido) sull'mrna corrisponde un anticodone sul trna. L'RNA ribosomiale (rrna) è il principale costituente dei ribosomi, gli organuli cellulari su cui avviene la sintesi proteica.

22 Appendice Il legame chimico

23 GLI ATOMI TENDONO A LEGARSI SPONTANEAMENTE FRA DI LORO, PER FORMARE DELLE MOLECOLE, OGNI QUALVOLTA QUESTO PROCESSO PERMETTE LORO DI RAGGIUNGERE UNA CONDIZIONE DI MAGGIORE STABILITA ENERGETICA. QUESTO PROCESSO DA LUOGO AL LEGAME CHIMICO

24 OGNI LEGAME TRA ATOMI COINVOLGE GLI ELETTRONI PERIFERICI, DETTI ELETTRONI DI VALENZA Elettroni di valenza

25 Formalismo simbolico di Lewis Rappresentazione degli elettroni di valenza; permette di seguire gli elettroni di valenza durante la formazione di un legame Consiste nel simbolo chimico dell elemento più un puntino per ogni elettrone di valenza Es.: Zolfo Ha 6 elettroni di valenza. Il suo simbolo secondo Lewis è:

26 Il legame covalente Si stabilisce tra due atomi che mettono in comune una o più coppie di elettroni del guscio elettronico più esterno Legame covalente puro (non polare): quando gli atomi hanno elettronegatività identica; ne sono esempi H 2, O 2, Cl 2. Legame covalente polare: i doppietti elettronici in comune tra gli atomi non sono equamente condivisi. Gli elettroni di legame sono più vicini all atomo più elettronegativo, che acquista così una parziale carica negativa (l altro atomo acquista una parziale carica positiva).

27 LEGAMI COVALENTI OMOPOLARI (PURI): coinvolgono atomi uguali

28 LEGAMI COVALENTI ETEROPOLARI: coinvolgono atomi differenti

29 Gli ioni Uno ione è un ATOMO o una MOLECOLA che possiede una CARICA (positiva o negativa) È quindi una specie chimica che ha acquistato o ceduto uno o più elettroni rispetto alla sua forma neutra (= priva di carica) Gli ioni carichi negativamente sono detti anioni e quelli carichi positivamente sono chiamati cationi

30 Il legame ionico Forza di attrazione elettrostatica che si stabilisce tra due ioni di carica opposta. Si forma tra atomi o gruppi di atomi tra i quali sia avvenuto uno scambio di elettroni: l'atomo o il gruppo atomico che cede elettroni si trasforma in ione positivo (catione), l'atomo o il gruppo atomico che acquista elettroni si trasforma in ione negativo (anione). Si instaura con facilità tra elementi aventi un'elevata differenza di elettronegatività (superiore a 1,7) ed è tipico dei sali.

31 NaCl: ognuno dei due ioni Na + e Cl assume la configurazione elettronica esterna a ottetto, caratteristica dei gas nobili (il sodio assume la configurazione del neo, il cloro quella dell'argo).

32 Il legame a idrogeno E un particolare tipo di interazione fra molecole che si forma ogni volta che un atomo di idrogeno, legato ad un atomo fortemente elettronegativo (capace di attrarre elettroni), interagisce simultaneamente con un altro atomo molto elettronegativo che abbia una coppia di elettroni libera, come l ossigeno, l azoto o il fluoro. Viene rappresentato come una linea tratteggiata tra l idrogeno e l altro atomo elettronegativo.

33 Struttura dell acqua Doppietti elettronici liberi in alcune molecole

34 Quando un atomo di idrogeno è legato ad atomi molto elettronegativi, si ha una separazione di cariche e la molecola, pur restando elettricamente neutra, presenta una parziale carica positiva su un atomo (in genere indicata come δ + ) ed una parziale carica negativa sull altro (δ - ). L atomo di idrogeno, che costituisce l'estremità positiva della molecola, interagisce con l'estremità negativa di un altra molecola vicina, creando un vero e proprio "ponte" tra le due molecole.

35 Il singolo legame idrogeno è piuttosto debole. In genere, però, se ne forma un gran numero contemporaneamente, e tutti insieme hanno un influenza determinante sulle proprietà chimiche e fisiche di composti polari come il fluoruro di idrogeno e l acqua Il legame idrogeno è un legame direzionale: è più forte se l idrogeno è allineato con i due atomi elettronegativi

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