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
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
Dogma centrale della BIOLOGIA
Dogma centrale della BIOLOGIA
STRUTTURA DEL DNA
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
RNA esiste nella forma di catena poliribonucleotidica a SINGOLO FILAMENTO
Nucleotide: Zucchero ribosio Gruppo fosfato Base azotata (A, G, C, U)
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
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
Nei procarioti trascrizione e traduzione sono contemporanee Entrambe avvengono nel citoplasma e l mrna neoprodotto è immediatamente utilizzato per la sintesi proteica.
Negli eucarioti il messaggio viene così espresso
RNA POLIMERASI
La trascrizione RNA polimerasi L enzima responsabile della formazione dei legami fosfodiesterei dell RNA
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 )
PROMOTORE SEQUENZA DI TERMINAZIONE
SEGNALI DI INIZIO DELLA TRASCRIZIONE
INIZIO DELLA TRASCRIZIONE
FASE DI ALLUNGAMENTO
FASE DI ALLUNGAMENTO
FINE DELLA TRASCRIZIONE
FINE DELLA TRASCRIZIONE
Il meccanismo della trascrizione
REGOLAZIONE DELLA TRASCRIZIONE
DIREZIONE DELLA TRASCRIZIONE
GLI RNA CONTENGONO SEQUENZE NON CODIFICANTI
MATURAZIONE DEGLI RNA EUCARIOTICI
1. Conferisce maggiore stabilità all mrna (lo protegge da degradazione operata da RNAasi) 2. Rappresenta il sito di legame del ribosoma all mrna
Cap al 5 : riconoscimento da parte di ribosomi PoliA al 3 : protezione e trasporto
I geni eucarioti sono interrotti da sequenza non codificanti (introni)
Splicing
SPLICING degli mrna eucariotici
VANTAGGI DELLA PRESENZA DI INTRONI
TRASCRIZIONE: PROCARIOTI/EUCARIOTI
Traduzione dell mrna: IL CODICE GENETICO
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.
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.
Traduzione RNA messaggero RNA di trasferimento mrna trna Aminoacidi aminoacil-trnasintetasi codice genetico Ribosomi proteine-rrna
trna
Struttura del trna RNA di trasferimento 70-90 nucleotidi
Aminoacil-tRNA sintetasi
STRUTTURA DEI RIBOSOMI
STRUTTURA DEI RIBOSOMI
Struttura generale dei ribosomi degli eucarioti e dei procarioti Procarioti Eucarioti Ribosomi assemblati 70S 80S Subunità maggiore 50S 60S minore 30S 40S Proteine maggiore 31 50 minore 21 33 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.
STRUTTURA DEI RIBOSOMI
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
POLIRIBOSOMI
PROTEINE CHAPERONE
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
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)
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
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)
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)
MUTAZIONE MISSENSO Dà origine ad un codone che codifica per una aminoacido diverso da quello originario
ANEMIA FALCIFORME
Mutazioni puntiformi
MUTAZIONE NON SENSO Dà origine ad uno dei tre codoni di stop che segnalano l arresto della sintesi della proteina. Hanno sempre effetti gravissimi.
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.
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)
Mutazioni cromosomiche