ceppo S 1 Griffith and Avery 1930 deceduto ceppo R 2 vivo ceppo S ucciso al calore 3 ceppo R 4 vivo ceppo S ucciso al calore deceduto Riproduzione del ceppo S Preparazione del fattore trasformante lisi estratto di lisato cellulare fattore trasformante Trasformazione del ceppo R Fattore trasformante? GENE 1
GENE dal greco genos = nascita - Termine proposto per la prima volta da Wilhelm Johannsen (botanico danese) GENE= Unità della Ereditarietà Mendeliana responsabile della presenza di un carattere GENE: SEGMENTO DI DNA che rappresenta un unità funzionale e contiene l informazione necessaria per la sintesi di una proteina specifica I geni vengono TRASCRITTI in un altro acido nucleico: l RNA (acido ribonucleico) L RNA dirige la sintesi di una proteina 2
Watson and Crick in front of the DNA Model DNA ACIDO DEOSSIRIBONUCLEICO E la molecola che contiene l INFORMAZIONE per : - La variabilità biologica - La trasmissione dei caratteri - Lo sviluppo e la funzione di cellule, tessuti ed organi Il DNA é un polimero di unità denominate nucleotidi NUCLEOTIDE = BASE + ZUCCHERO + FOSFATO (Anello Elettrociclico) (Deossiriboso) L INFORMAZIONE GENETICA è data dalle basi; lo zucchero ed il fosfato formano LO SCHELETRO A G BASI PURINICHE: ADENINA, GUANINA BASI PIRIMIDINICHE: CITOSINA, TIMINA C T 3
ADENINA (A) GUANINA (G) CITOSINA (C) TIMINA (T) URACILE (U) ADENOSINA Adenosina 5 -monofosfato (AMP) 2 -Deossicitidina 5 -trifosfato (dcyp) LA STRUTTURA A DOPPIA ELICA Watson and Crick Nature 1953 5 3 ADENINA CITOSINA GUANINA 3 TIMINA 5 Figura 2.1. Struttura del DNA. Sulla sinistra è disegnata la doppia elica del DNA, con la Struttura zucchero-fosfato rappresentata come un nastro, e le basi rivolte verso il centro. Si Noti come la A si appai sempre con la T, mentra la C sempre con la G. Sulla destra troviamo Una vista ingrandita di quattro nucleotidi lungo una sola catena, con la struttura chimica Completa della sequenza 5 -ACGT-3, utilizzati per indicare la polarità di una catena di DNA Si riferiscono alla numerazione degli atomi di carbonio del desossiriboso. LEGAME IDROGENO ADENINA TIMINA DEOSSIRIBOSO DEOSSIRIBOSO GUANINA CITOSINA DEOSSIRIBOSO DEOSSIRIBOSO COMPLEMENTARIETA DELLE BASI 4
STRUTTURA DEL DNA 5'-fosfato 3'-ossidrile timina adenina citosina guanina guanina citosina adenina timina IL DOGMA CENTRALE (F. CRICK 1956) DNA TRASCRIZIONE RNA TRADUZIONE PROTEINA replicazione LA TRASCRIZIONE 5
PROMOTORE: E una sequenza di basi localizzata all estremità 5 di un gene. Negli eucarioti superiori può contenere i seguenti elementi: TATA BOX a circa - 25 dal sito d inizio della trascrizione GC BOX (GGGCGG) CAAT BOX a circa - 80 Funzioni del promotore determina il sito d inizio della trascrizione è un elemento fondamentale (ma non l unico) per la regolazione della trascrizione e cioe determina: - quando è espresso un gene - quanto è espresso - dove è espresso 6
LE 4 TAPPE DELLA TRASCRIZIONE: Riconoscimento del templato: L RNA polimerasi si lega al DNA a doppio filamento Inizio: Catene di 2-9 basi vengono sintetizzate e rilasciate Elongazione: L RNA polimerasi sintetizza l RNA Terminazione: L RNA polimerasi viene rilasciata SPLICING: Modificazione dell mrna GENE Promotore SPLICING Unità di trascrizione Esone 1 Introne 1 Esone 2 Introne 2 Esone 3 GT AG GT AG Trascrizione Trascritto primario RNA E1 E2 E3 GU AG GU AG Splicing Eliminato GU AG GU AG Eliminato E1 E2 E3 RNA maturo E1 E2 E3 7
SPLICING Negli eucarioti superiori la maggioranza dei geni sono fatti da un alternanza di esoni (rappresentati nel prodotto finale dell RNA) ed introni (rimossi dal trascritto iniziale). Le sequenze esoniche si presentano nello stesso ordine nel gene e nell RNA, ma il gene è più lungo del suo prodotto finale di RNA a causa della presenza degli introni. Gli introni vengono rimossi dal processo di splicing dell RNA che si verifica sulla singola molecola di RNA. splicing L introne viene tagliato prima in corrispondenza del sito donatore di splicing (5 ). Poi l estremità libera (5 ) viene legata in corrispondenza di una A in posizione 2 nel sito di biforcazione dell introne e si forma un lariat (una struttura a laccio). L introne viene rilasciato quando il lariat viene tagliato in corrispondenza del sito accettore di splicing (3 ) e gli esoni destro e sinistro vengono legati l uno all altro. Le giunzioni a livello dei siti donatore e accettore di splicing ed il sito di biforcazione sono necessarie e sufficienti per lo splicing. 8
Dimensioni di esoni ed introni Gli esoni sono di solito brevi e, tipicamente, codificano per < 100 amino acidi. Gli introni sono brevi negli eucarioti inferiori ma raggiungono una lunghezza di numerose decine di kb negli eucarioti superiori. La lunghezza complessiva di un gene è determinata in maniera predominante dai suoi introni. STRUTTURA DEI GENI UMANI Eukaryotic mrna is modified, processed, and transported 9
trna STRUCTURE Ribosomes are large ribonucleoprotein particles that contain more RNA than protein and dissociate into large and small subunits. Ribosomes Subunits rrnas Proteins 16S rrna 10
Size comparisons show that the ribosome is large enough to bind two trnas (as well as 35 bases of mrna). Eukaryotic ribosomes migrate from the 5 end of mrna to the ribosome binding site, which includes an AUG initiation codon. The ribosome has two sites for binding charged trna 11
Protein synthesis falls into three stages IL CODICE GENETICO è costituito da unità di lettura definite CODONI CODONE = una tripletta di basi 1 CODONE corrisponde a 1 AMINOACIDO 4 3 = 64 possibili combinazioni per soli 20 aminoacidi esistenti nelle proteine IL CODICE E DEGENERATO 1 CODONE 1 AMINOACIDO ma 1 AMINOACIDO PIU CODONI 12
Third bases have the least influence on codon meanings. Boxes indicate groups of codons within which third-base degeneracy ensures that the meaning is the same Percent of residues in protein The number of codons for each amino acid does not correlate with its frequency of use in proteins Number of codons 13