La genetica molecolare 1
Il materiale genetico Varia di quantità da specie a specie. Regola lo sviluppo della cellula. Ha la capacità di duplicarsi. Nome comune Numero di coppie di cromosomi zanzara 3 mosca 6 rospo 11 riso 12 rana 13 alligatore 16 frumento 21 uomo 23 patata 24 asino 31 cavallo 32 cane 39 carpa 52 2
Nelle cellule eucariotiche i cromosomi sono localizzati nel nucleo mentre nelle cellule procariotiche si trovano in una regione chiamata nucleoide. 4
Localizzazione del DNA 5
Cos è la cromatina? I cromosomi sono costituiti da un filamento a doppia elica di DNA e da proteine (attorno alle quali lo stesso filamento si avvolge) a formare complessivamente una struttura definita cromatina. 6
Nucleosoma il nucleosoma è l'unità fondamentale della cromatina, ed è composto da DNA e proteine istoniche. Questa struttura prevede il primo livello di compattazione del DNA nel nucleo. I nucleosomi sono distribuiti in modo regolare lungo il genoma a formare un nucleofilamento che può assumere diversi livelli di compattezza, risultando in ultimo nel più alto grado di condensamento che è la metafase cromosomica. 7
Nucleosoma 8
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Negli eucarioti il DNA è sempre legato a proteine istoniche e non istoniche a costituire una struttura che nella interfase è chiamata cromatina si distingue in: 1. eucromatina che viene trascritta 2.eterocromatina non trascritta e può essere: a. costitutiva (centromeri) b. facoltativa (corpi di Barr) 12
Sorprendentemente, solo una piccola frazione (circa il 2%) del DNA eucariotico codifica proteine. Il rimanente 98% del DNA sembra essere in eccesso e la sua funzione non è ancora nota. Esso è costituito da un gran numero di sequenze ripetute. 13
Il ruolo del DNA nell ereditarietà Gli esperimenti di Fredrick Griffith su Streptococcus pneumoniae (nel 1931) hanno dimostrato la presenza di un «principio trasformante» ereditabile. 14
Il ruolo del DNA nell ereditarietà Alfred Hershey e Martha Chase (nel 1952) scelsero un virus, il batteriofago T2, per determinare quale dei componenti virali (DNA o proteine) sarebbe penetrato nel batterio Escherichia coli. Tali scienziati dimostrarono che il materiale con ruolo ereditario è il DNA; esso penetra nelle cellule batteriche e trasmette ai batteri infettati le informazioni genetiche necessarie a produrre nuovi virus. 15
Il ruolo del DNA nell ereditarietà Gli esperimenti di Hershey e Chase con i batteriofagi T2 ed E. coli. I II vedi sopra 16
Il DNA e l RNA, gli acidi nucleici, sono polimeri di nucleotidi Il DNA è un polinucleotide, cioè un polimero di nucleotidi, ognuno formato da tre parti: uno zucchero C5 detto desossiribosio; un gruppo fosfato; una base azotata. 17
Il DNA e l RNA, gli acidi nucleici, sono polimeri di nucleotidi Esistono quattro diversi tipi di basi azotate. L adenina (A) e la guanina (G) sono caratterizzate da un doppio anello e sono chiamate purine. La timina (T) e la citosina (C) sono caratterizzate da un anello singolo e sono chiamate pirimidine. 18
Il DNA e l RNA, gli acidi nucleici, sono polimeri di nucleotidi L RNA (acido ribonucleico) differisce dal DNA per il tipo di zucchero C5 che contiene, il ribosio, e perché al posto della base azotata timina contiene un altra pirimidina, l uracile (U). 19
Formazione del legame fosfodiesterico Per formare la catena polinucleotidica, al momento della sintesi di DNA, nucleotidi trifosfati vengono assemblati con legame fosfodiesterico tra il carbonio 3 di un nucleotide ed il carbonio 5 del nucleotide successivo. 20
La struttura del DNA - 1 Ogni molecola di DNA è formata da due catene antiparallele, in cui l appaiamento delle basi è complementare. L elica ha avvolgimento costante e destrogiro. 21 Sadava et al. Biologia.blu Zanichelli editore, 2012
La struttura del DNA - 2 I nucleotidi all interno di ciascuna catena sono uniti da legami covalenti, mentre quelli che uniscono i due filamenti appaiati sono legami a idrogeno. 22 Sadava et al. Biologia.blu Zanichelli editore, 2012
Il DNA è in grado di replicarsi La duplicazione del DNA è semiconservativa. 23
L inizio della duplicazione del DNA Alcuni enzimi del complesso di duplicazione aprono la doppia elica e formano due forcelle di duplicazione. 24
La primasi dà il via alla duplicazione Su ciascuno dei due filamenti l enzima primasi sintetizza un breve primer complementare al filamento stampo. 25
La polimerasi continua la sintesi L enzima DNA polimerasi aggiunge nucleotidi all estremità 3' del primer. 26
La duplicazione procede diversamente sui due filamenti La DNA polimerasi può aggiungere nucleotidi solo all estremità 3' di un filamento. Dunque la duplicazione è continua sul filamento veloce, ma discontinua e procede a ritroso sul filamento lento. 27
La duplicazione del filamento lento Sul filamento lento sono sintetizzati molti primer seguiti da frammenti di Okazaki che poi sono uniti dall enzima DNA ligasi. Topoisomerasi* Le topoisomerasi posizionandosi dopo la DNA elicasi, sulla doppia elica ancora avvolta, effettuano un meccanismo di taglia e cuci per eliminare la tensione torsionale che si viene a creare a causa dello svolgimento eseguito dalla elicasi stessa.
Proteine leganti il DNA (SSB-Proteins) La DNA elicasi provvede allo svolgimento della doppia elica. Durante questo processo le proteine SBB aderiscono sull enzima e impediscono che si riformi la doppia elica 29