Il flusso dell informazione genetica il ruolo dei polimeri di nucleotidi

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1 Il flusso dell informazione genetica il ruolo dei polimeri di nucleotidi trascrizione traduzione DNA RNA Proteina replicazione DNA replicazione: sintesi del DNA trascrizione: sintesi del RNA traduzione: sintesi delle proteine

2 Genetic Information Flow: DNA RNA Protein The Central Dogma Francis Crick, 1957

3 DNA acido deossiribonucleico RNA acido ribonucleico DNA è la molecola dell ereditarietà in tutte le forme di vita cellulare di procarioti e eucarioti, e in molti virus dirige la propria replicazione durante la divisione cellulare dirige la trascrizione di molecole complementari di RNA RNA ha diverse funzioni biologiche RNA-messaggero: dopo essere stato trascritto dal DNA dirige la sintesi delle proteine sui ribosomi (traduzione) RNA-transfer: durante la sintesi proteica porta gli AA sui ribosomi secondo le istruzioni di mrna RNA-ribosomiale: presente nei ribosomi, costituiti per due terzi da RNA e per un terzo da proteine (ruolo strutturale e funzionale) RNA associato a proteine specifiche (ribonucleoproteine) che partecipano a processi di modifica post-trascrizionale di altri RNA

4 Evidenze che il DNA è il vettore dell informazione genetica TECNOLOGIA DEL DNA RICOMBINANTE esperimenti transgenici Iniettato nel nucleo di un uovo di topo fecondato le mutazioni alterano il fenotipo Plasmide che porta il gene dell ormone della crescita di ratto (Somatotropina) e un gene promotore Genotipo: costituzione genetica di un organismo Fenotipo: le caratteristiche osservabili di un organismo determinate dalle caratteristiche genetiche e ambientali

5 Che cos è un gene? Avery, MacLeod, McCarty (1944): il principio attivo nella trasformazione è il DNA R S

6 DNA e RNA: le molecole dell ereditarietà Struttura e Chimica di DNA e RNA I geni Il flusso dell informazione genetica replicazione, mutazione, riparazione del DNA trascrizione dell informazione: RNA Traduzione e Sintesi Proteica

7 Struttura e Chimica Il DNA è un polimero lineare di deossiribonucleotidi L RNA è un polimero lineare di ribonucleotidi

8 Nucleoside base+ribosio legame glicosidico: la base è attaccata in posizione C1 Nucleotide Nucleoside 5 -monofosfato

9 PURINE Purine e Pirimidine Purina PIRIMIDINE adenina A guanina G Pirimidina citosina C uracile U timina T RNA DNA

10 La catena di zuccheri uniti da legame fosfodiestere (3-5 ) costituisce lo scheletro covalente dell acido nucleico Le parti variabili sono le basi derivate dalla purina e dalla pirimidina A e G C e T (o U)

11 Basi Azotate Puriniche altamente coniugate, quasi planari forme tautomeriche (ammino-immino; cheto-enolo) adenina A Legame con C 1 guanina G Legame con C 1

12 Basi Azotate Pirimidiniche altamente coniugate, planari forme tautomeriche (ammino-immino; cheto-enolo) citosina C Legame con C 1 timina T uracile U sostituisce la T nel RNA

13 C 1 N 9 Nucleotide: adenosina 5 -monofosfato (AMP) Nucleoside: adenosina Nucleotide: GMP Nucleoside: guanosina N 1 Nucleotide: TMP Nucleoside: timidina Nucleotide: CMP Nucleoside: citidina Nucleotide: UMP Nucleoside: uridina

14 Proprietà dei nucleotidi pk A = 0.9 ionizzazione primaria del fosfato pk A = 6.1 ionizzazione secondaria del fosfato acidi forti Deossiadenosina 5 -monofosfato La presenza di anelli coniugati nelle basi produce assorbimenti della luce nel vicino UV

15 ATP un nucleotide importante

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17 Il legame fosfodiestere ApUpCpGp o AUCGp Verso della catena Gli acidi nucleici sono polimeri lineari di nucleotidi I legami fosfodiesteri sono in direzione 3 5 le sequenze vengono scritte per convenzione con l estremità 5 a sinistra la sequenza nucleotidica contiene l informazione (struttura

18 Il legame fosfodiestere La reazione di disidratazione (eliminazione di una molecola d acqua per condensazione di due nucleotidi) ha G =+25 kjmol -1! l idrolisi è termodinamicamente favorita!!! Metastabilità di DNA e RNA dovuta a idrolisi estremamente lenta (inerzia cinetica) Catalizzatori possono rendere veloce l idrolisi in vivo: enzimi nucleasi catalizzano l idrolisi

19 Catalizzatori possono rendere veloce l idrolisi in vitro: la catalisi acida causa l idrolisi in DNA e RNA la catalisi basica causa l idrolisi solo in RNA

20 La reazione accoppiata rende termodinamicamente favorita la formazione del legame fosfodiestere Il nucleoside da aggiungere viene presentato come trifosfato nucleoside trifosfato + H 2 O nucleoside monofosfato + PP i G 0 = -31 kjmol -1 (catena) N + nucleoside monofosfato (catena) N+1 + H 2 O G 0 = +25 kjmol -1 (catena) N + nucleoside trifosfato (catena) N+1 + PP i G 0 = -6 kjmol -1 ATP, GTP, UTP, TTP

21 Monosaccaridi (CH 2 O) n derivati aldeidici o chetonici di alcoli poliossidrilici in base al gruppo carbonilico aldosi classificazione chetosi in base al numero di atomi di carbonio n=3 triosi n=4 tetrosi n=5 pentosi n=6 esosi

22 Il ribosio è uno zucchero aldopentoso

23 Convenzione di Fischer Configurazione assoluta H sotto il piano negli zuccheri vi sono numerosi at. di carbonio asimmetrici n =numero di atomi di carbonio aldosi chetosi 2 n-2 stereoisomeri (suddivisi in coppie di enantiomeri D, L) 2 n-3 stereoisomeri (suddivisi in coppie di enantiomeri D, L)

24 Addizioni di alcoli al gruppo carbonilico Nei monosaccaridi ad almeno 5 atomi di carbonio, la formazione intramolecolare di emiacetale porta a strutture cicliche stabili

25 Gli zuccheri, a partire dai pentosi possono dare strutture cicliche, a 5 (furanosi) o 6 atomi (piranosi) L atomo asimmetrico più lontano dal carbonile che determina la configurazione D (o L) La posizione dell ossidrile legato all at. di C anomerico indica la configurazione α (o β)

26 Il ribosio nei nucleotidi : β-d-ribofuranosio β Conformazione a mezza sedia C(3 ) fuori dal piano (sopra: endo). Anche C(2 ) può essere fuori piano

27 La composizione di basi del DNA è governata dalle regole di CHARGAFF Il numero di A è uguale al numero di T Il numero di G è uguale al numero di C La composizione di basi del DNA di un dato organismo è caratteristica ed è indipendente dai fattori ambientali L RNA, che di solito è presente in filamento singolo, non ha limitazioni apparenti nella composizione in basi