DNA: Struttura e caratteristiche

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Arturo Ferrero
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2 DNA: Struttura e caratteristiche Il DNA è un acido nucleico formato da monomeri detti nucleotidi. Ogni nucleotide è formato da: Zucchero pentoso (desossiribosio) Gruppo fosfato Base azotata

3 Basi azotate: caratteristiche Le basi azotate, in base alla struttura si distinguono in PURINE e PIRIMIDINE Nel DNA le PURINE sono ADENINA e GUANINA, le RIRIMIDINE CITOSINA e TIMINA Tra basi azotate si formano legami a idrogeno. Le basi azotate sono tra loro complementari: l adenina si lega solo con la timina e la citosina solo con la guanina

4 Basi azotate: struttura

5 Struttura del DNA Il DNA ha una struttura a doppia elica destrorsa a diametro costante, avvolta intorno al proprio asse maggiore. La doppia elica è stabilizzata dai legami a H. L elica è formata da due catene polinucleotidiche complementari e antiparallele, cioè orientate in direzione opposta

6 Catene antiparallele Ogni catena ha una estremità 5 1 che termina con un gruppo OPO 3 - una estremità 3 1 che termina con un gruppo OH All estremità 3 1 di un filamento corrisponde la 5 1 del suo complementare

8 Duplicazione del DNA La duplicazione del DNA necessita di I 4 d-ribonucleosidi (d-atp, d-gtp, d-ctp, d-ttp) DNA polimerasi DNA stampo Primer (filamento che dà avvio alla duplicazione) Complesso di duplicazione

9 La duplicazione è semiconservativa e orientata La duplicazione è semiconservativa: uno dei filamenti serve da stampo e viene sintetizzato il suo complementare e ciascuna molecola di DNA contiene un filamento vecchio ed uno nuovo La duplicazione avviene da 5 a 3 ; i nuovi nucleotidi sono aggiunti all estremità 3 che ha un OH libero sul C3 del desossiribosio terminale. Il nuovo nucleotide si lega mediante legame fosfodiesterico.

10 La duplicazione è bidirezionale La duplicazione è bidirezionale: quando i filamenti si separano ognuno fa da stampo per una nuova catena complementare Si formano due coppie di catene ognuna da un filamento vecchio ed uno nuovo. Ognuna delle due sintesi va in direzione 51à31, siccome i filamenti sono antiparalleli le due sintesi procedono in direzioni opposte

11 Enzimi di duplicazione Il DNA dei procarioti è circolare e presenta un sito di inizio della replicazione, dove si forma la bolla di replicazione (Ori C in E. coli) La duplicazione avviene grazie a un complesso di enzimi detto replisoma, formato da due gruppi di enzimi

12 Enzimi di duplicazione (2) 1 gruppo: elicasi, girasi e proteine SSB (Single Strand Binding) L elicasi rompe i legami H e forma la bolla di replicazione La bolla è stabilizzata dalle proteine SSB, capaci di legarsi ad un singolo filamento Lo svolgimento crea dei superavvolgimenti, risolti dalla girasi

13 Enzimi di duplicazione (3) 2 gruppo: DNA-polimerasi I, II, III (necessitano di Mg 2+ ) DNA-polimerasi I: idrolizza i frammenti di Okazaki e li sostituisce con RNA DNA-polimerasi II: poco conosciuta DNA-polimerasi III: sintetizza la maggior parte del DNA; richiede un primer a RNA (sintetizzato dalla primasi) con estremità 3 -OH libero Tutte operano solo in direzione 5 à3

14 Complesso di inizio

15 DNA-polimerasi III La DNA-polimerasi III ha doppia attività esonucleasica: idrolizza i legami nucleosidici per correggere errori di duplicazione o dovuti a mutazioni è responsabile dell accrescimento di entrambe le catene; quella in cui avviene naturalmente in direzione 5 à3 è la catena veloce, l altra (lenta) avviene per successiva aggiunta di frammenti di Okazaki ( nucleotidi)

16 Frammenti di Okazaki Nella catena lenta, si ha un filamento ibrido RNA- DNA La DNA-polimerasi I idrolizza i frammenti di RNA e li sostituisce con equivalenti a RNA La ligasi salda i vari frammenti di DNA Negli eucarioti, il processo complessivo è simile, ma esistono migliaia di punti di inizio per ogni cromosoma, perché il DNA eucariotico è formato da moltissime più basi azotate

17 Duplicazione: schema

18 Funzioni del DNA Il DNA è responsabile dell informazione genica e della sua trasmissione ereditaria attraverso le generazioni Il DNA contiene le informazioni per la biosintesi delle proteine, attraverso le quali si determinano le caratteristiche di un individuo Il messaggio del DNA è dato della sequenza di basi azotate Il messaggio delle proteine è dato dalla sequenza degli amminoacidi (struttura primaria)

19 Il codice genetico Il codice genetico è la chiave di lettura che permette il passaggio dal linguaggio delle basi azotate a quello degli amminoacidi Ogni codone o tripletta (gruppo di 3 basi azotate) codifica per uno specifico amminoacido Dalla Il messaggio del lettura sequenziale dei vari codoni deriva la corrispondente sequenza primaria della catena polipeptidica sintetizzata

20 Il codice genetico: caratteristiche Gli aa sono 20, le combinazioni tra basi 64 (4 3 ), quindi per ogni aa esistono più triplette (degenerazione o ridondanza del codice) Ogni codone codifica uno e un solo aa ( non ambiguità del codice) Il codice è comune a (quasi) tutti gli organismi ed è quindi evoluzionisticamente molto antico (universalità del codice) Eccezioni all universalità: DNA mitocondriale e cloroplastale, paramecium e pochi altri organismi

21 Il codice genetico: lettura

22 Sintesi proteica: trascrizione Nei procariati è un processo molto rapido con cui la RNA polimerasi trascrive il messaggio contenuto nel DNA creando una molecola di mrna Il processo avviene secondo gli stessi principi della duplicazione del DNA (direzione 5 à3, complementarietà delle basi, necessità di nucleosidi 3P), ma non occorre un primer, la timina è sostituita dall uracile e i nucleosidi contengono ribosio invece di desossiribosio

23 Tipi di RNA mrna: trasposta una copia dell informazione genica ai ribosomi; negli eucarioti è sintetizzato nel nucleo da una specifica polimerasi. Nei procarioti è policistronico (contiene l informazione relativa a più proteine) trna: trasporta specifici aa e si accoppia ai codoni complementari. Grazie alla struttura tridimensionale a trifoglio è il traduttore che converte il linguaggio delle basi in qello degli aa rrna: costituisce i ribosomi Nei procarioti esiste una sola trascrittasi, negli eucarioti ne esiste una per ogni tipo di RNA

24 Tipi di RNA

25 trna struttura

26 Struttura del ribosoma I ribosomi sono formati da rrna e proteine Ogni ribosoma è costituito da 2 subunità, una maggiore e una minore che si uniscono solo durante la sintesi Negli eucarioti si trovano sul REL, Nella subunità maggiore ci sono 3 siti di legame (A,P,E) per i trna trasportanti aa.

27 Sintesi proteica: traduzione Il messaggio genetico viene tradotto in sequenza primaria Negli eucarioti avviene nel ciotosol Richiede l mrna che trasporta il messaggio, genetico, il trna che trasporta aa e i ribosomi che interagiscono con entrambi La sintesi avviene in tre fasi: inizio, allungamento, terminazione.

28 Sintesi proteica: traduzione (2) Inizio: l mrna si lega alla subunità minore e il trna corrispondente ad AUG si lega all mrna. La subunità maggiore si lega a quella minore (complesso d inizio) e il trna si sposta sul sito P. Allungamento: il sito A è occupato dal trna complementare al codone successivo ad AUG con l aa che trasporta; si forma il legame tra i due aa. Il ribosoma scorre lungo l mrna e il trna del sito A si sposta in P. Il ciclo si ripete. Terminazione: ad un codone di stop ( UAA,UAG,UGA) un fattore di rilascio occupa A e impedisce il legame di nuovi trna e aa.

29 Traduzione: schema

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