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Invito Invito alla biologia.blu B – Biologia molecolare, genetica B – Biologia molecolare, genetica ed evoluzioneed evoluzione
H. Curtis, N. S. Barnes, A. Schnek, G. Flores
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Le basi chimiche dell’ereditarietà
Curtis et al. Invito alla biologia.blu © Zanichelli editore 20123
Curtis et al. Invito alla biologia.blu © Zanichelli editore 2012
Il codice della vitaIl DNA, o acido desossiribonucleico, è costituito da lunghe catene di nucleotidi;
ogni nucleotide è composto da uno zucchero (deossiribosio), un gruppo fosfato, una base azotata purinica o pirimidinica.
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Curtis et al. Invito alla biologia.blu © Zanichelli editore 2012
Il codice della vita
Purine: adenina (A) e gunina (G);
pirimidine: citosina (C) e timina (T).
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Informazione genetica
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Nel 1952 gli scienziati Hershey e Chase dimostrarono che il DNAcontiene l‘informazione genetica.
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La struttura del DNA
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Watson e Crick nel 1953 dedussero, anche grazie al lavoro di Rosalind Franklin e Maurice Wilkins, che il DNA è una doppia elica lunga e spiralizzata.
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Le purine si appaiano con le pirimidine; tra adenina e timina ci sono due legami a
idrogeno; tra citosina e guanina ce ne sono tre;
i filamenti sono antiparalleli: hanno due direzioni opposte indicate per convenzione 5’- 3’ e 3’- 5’.
La struttura del DNA
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La duplicazione del DNA
La molecola di DNA si apre e ciascun filamento funziona da stampo per la sintesi di un nuovo filamento;
la duplicazione è semiconservativa perché le due nuove molecole hanno ciascuna un filamento vecchio (stampo) e uno nuovo.
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Meccanismo della duplicazione
È catalizzata dalla DNA polimerasi; inizia da una sequenza di nucleotidi detta origine della
duplicazione; il DNA forma la bolla di duplicazione alle cui estremità
troviamo le forcelle di duplicazione (a Y); è bidirezionale.
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Gli enzimi della duplicazione
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Non può innescare la sintesi ma utilizza un primer (o innesco) a RNA;
aggiunge nucleotidi in direzione 5’- 3’; si autocorregge (proofreading).
La DNA polimerasi
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La DNA polimerasi
L’enzima spezza il legame tra primo e secondo gruppo fosfato ottenendo l’energia necessaria per creare un legame forte tra nucleotidi adiacenti.
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La DNA polimerasi aggiunge nucleotidi in direzione 5’- 3’:
La duplicazione è asimmetrica
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Il filamento guida 5’- 3’ è sintetizzato in modo continuo; il filamento in ritardo 3’- 5’ sintetizzato in brevi tronconi
(frammenti di Okazaki) in direzione 5’- 3’.
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La duplicazione è asimmetrica
La Dna primasi sintetizza i primer e torna indietro verso la forcella per creare altri primer sul filamento in ritardo;
i primer vengono rimossi e sostituiti con DNA;
la ligasi interviene per legare i frammenti di Okazaki.
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La DNA polimerasi compie «solo» un errore ogni 108 coppie di nucleotidi perché si autocorregge (proofreading);
la DNA polimerasi controlla l’appaiamento precedente prima di aggiungere un nuovo nucleotide e, se è scorretto, lo rimuove inserendo quello giusto;
ha attività nucleasica, ossia degradativa, in direzione opposta a quella di sintesi.
Il proofreading
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Errori non corretti possono portare a variazioni permanenti nella sequenza del DNA;
queste mutazioni sono dovute sia a errori nella duplicazione sia a danni causati da radiazioni, sostanze chimiche e raggi UV;
il cancro, ossia la proliferazione incontrollata delle cellule, è una delle possibili conseguenze;
esistono enzimi deputati al continuo controllo e riparazione del DNA.
I danni al DNA
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La riparazione per escissione
Vengono eliminati un certo numero di nucleotidi nella zona in cui è avvenuta una mutazione, il filamento corretto viene usato come stampo;
le proteine coinvolte si chiamano Uvr.18
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La reazione a catena della polimerasi è un metodo inventato nel 1986 da Kary B.Mullis per duplicare piccoli campioni di DNA in laboratorio;
si devono conoscere brevi sequenze alle estremità del frammento per fornire i primer corretti (20 nucleotidi);
la si utilizza per la diagnosi prenatale, per cercare infezioni di virus e per avere a disposizione grandi quantità di sequenze precise di DNA in poco tempo.
PCR (Polymerase Chain Reaction)
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La PCR
I procarioti hanno un unico cromosoma circolare costituito da una sola molecola di DNA.
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Gli eucarioti hanno più cromosomi nei quali l’unica molecola di DNA lineare è associata alle proteine, hanno sequenze ripetute con funzione sconosciuta.
I cromosomi
È l’insieme di DNA e proteine e ne esistono due tipi:
eterocromatica più condensata e compatta;
eucromatina più dispersa per consentire la trasmissione di informazioni durante l’interfase.
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La cromatina
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La cromatina è formata da istoni carichi positivamente e perciò attratti dal DNA;
ci sono 5 tipi di istoni sui quali si avvolge il DNA formando il nucleosoma;
ogni nucleosoma è costituito da 8 molecole di istoni (due per tipo), l’istone H1 si trova lungo il DNA.
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Il nucleosoma
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I nucleosomi si uniscono in una struttura a collana di perle che si avvolge in anse e quindi in spirali condensate fino a formare il cromosoma.
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Stati di ripiegamento
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Negli eucarioti non tutte le funzioni di alcune sequenze sono conosciute, mentre nei procarioti viene espresso tutto il DNA;
nelle cellule umane è codificante solo l’1,5-2% dell’intero genoma.
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Caratteristiche del DNA
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Circa ¾ del genoma è costituito da sequenze intergeniche;
ci sono sequenze ripetitive molto corte e disposte in tandem chiamate DNA microsatellite;
alcune sono moderatamente ripetitive e possono codificare per gli istoni e per gli RNA ribosomiali;
le sequenze altamente ripetitive sono più lunghe e sono sparse in tutto il genoma di cui rappresentano circa il 40%.
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Le sequenze ripetitive
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