Dal DNA alla Proteina: replicazione del DNA e sintesi proteica

STRUTTURA E FUNZIONE DEGLI ACIDI NUCLEICI

Cosa sono?

• Gli acidi nucleici sono grandi molecole
  che contengono le istruzioni genetiche
  degli esseri viventi.
• I due principali acidi nucleici sono:
• DNA (acido desossiribonucleico)
• RNA (acido ribonucleico)

DNA and RNA
DNA
deoxyribonucleic acid
RNA
ribonucleic acid
CH
NH
NH
U
Uracil
NH.
NH, Cytosine
C
C
Cytosine
NH,
NH,
iStock
Adenine
Adenine
22
NH
NH
Guanine
-
G
G
Guanine
NH
NH
1394169418
Credit: ttsz
IN
Thymine
T

Composizione degli Acidi Nucleici

Da cosa sono fatti?
Sia DNA che RNA sono fatti da
nucleotidi, che sono come i
"mattoncini" che formano
queste molecole.
Ogni nucleotide è formato da:

• uno zucchero (desossiribosio per
  il DNA, ribosio per l'RNA),
• un gruppo fosfato,
• una base azotata (A, T, C, G nel
  DNA / A, U, C, G nell'RNA)

Cytosine
c
NH2
Nucleobases
O
Guanine
G
Guanine
G
O
NH
N
NH2
N
Adenine
A
HON
N
N
11
N
N
H
Thymine
T
O
H3C
NH
O
Nucleobases
of DNA
RNA
Ribonucleic acid
DNA
Deoxyribonucleic acid
C
NH2
N
0
O
NH
N
-NH2
N
Base pair
Adenine
A
HON
N
N
11
N
N
H
Uracil
U
O
NH
helix of
sugar-phosphates
ZI
O
Nucleobases
of RNA
Cytosine
1

Cos'è il DNA? - Parte 1

• I| DNA (acido
  desossiribonucleico) è una
  lunga molecola a forma di
  doppia elica.
• Contiene tutte le istruzioni
  per costruire e far funzionare
  un organismo.

I nucleotidi e la struttura del DNA

• I nucleotidi si uniscono per
  formare due catene a spirale
  (doppia elica).
• Le basi si legano tra loro
  come i gradini di una scala.

Citosina
C
NH2
ZI
O
Guanina
G
0
NH
N
NH2
N
ZI
Adenina
A
H2N
EN
N
N
ZI
Timina
T
0
H3C_
NH
O
H
Basi azotate
DNA
Acido Desossiribonucleico

Struttura del DNA

Cos'è il DNA? -
Struttura del DNA

• È formato da unità più piccole chiamate
  nucleotidi. Ogni nucleotide è fatto da:
• uno zucchero ( desossiribosio),
• un gruppo fosfato,
• una base azotata (che può essere
  Adenina, Timina, Guanina,
  Citosina).
• A si lega a T
• G si lega a C

C
G
Zucchero
T
A
Gruppo
fosfato
G
C
G
C
A
T
C
G
Basi azotate
DOC

LA REPLICAZIONE DEL DNA

• La replicazione è il processo con cui una cellula copia il proprio DNA prima di
  dividersi.
• È fondamentale per garantire che ogni nuova cellula abbia lo stesso patrimonio
  genetico.
• Avviene nel nucleo e coinvolge diversi enzimi specializzati.

Chromosome
Free nucleotides
DNA polymerase
Leading strand
Original
(template)
DNA
Helicase
Lagging
strand
Replication
fork
Adenine
Thymine
Cytosine
Guanine
DNA polymerase
Original (template) DNA strand

Enzimi coinvolti nella replicazione

Enzimi coinvolti
Il processo di replicazione avviene grazie al
lavoro combinato di svariati enzimi:

• DNA elicasi
• DNA polimersai
• DNA primasi
• DNA ligasi

Fase 1: Apertura del DNA

La replicazione fasi Fase 1: Apertura del DNA

• I| DNA ha una struttura a doppia elica.
  Prima di essere copiato, deve essere
  'aperto'.
• Un enzima chiamato ELICASI rompe i
  legami tra le basi azotate (A-T e C-G),
  separando i due filamenti.
• Si formano così delle 'bolle di
  replicazione', dove il DNA è esposto e
  pronto per essere copiato.

1
Helicase

Fase 2: Formazione della Forcella di Replicazione

Fase 2. Formazione della Forcella di Replicazione
Struttura a "Y": La bolla di replicazione forma una struttura a
"Y" nota come forcella di replicazione. Questa struttura si
muove lungo il DNA man mano che la replicazione procede.
5'
3'
5'
3'

Sintesi del Primer

3. Sintesi del Primer
Ruolo della Primasi:
Un enzima chiamato primasi sintetizza un breve segmento di RNA, noto
come primer, che fornisce un punto di inizio libero 3'-OH per la DNA
polimerasi, che non può iniziare la sintesi del DNA di nuovo.
Duplicazione
5'
primasi
3'
5'
3'

Fase 4: Costruzione dei nuovi filamenti

• L'enzima DNA POLIMERASI legge
  ciascun filamento originale e
  costruisce un nuovo filamento
  complementare.
• I nucleotidi liberi vengono aggiunti in
  base all'appaiamento corretto:
• A con T, C con G.
• La sintesi avviene in direzione 5' > 3'
  ed è continua su un filamento e a
  tratti sull'altro.

DNA polymerase

Separazione dei filamenti

• Dalla forcella di replicazione si separano i due
  filamenti che sono replicati in modo diverso

Stampo per il
filamento veloce
La DNA polimerasi allunga
entrambi i filamenti
3'
La DNA elicasi svolge
la doppia elica
5'
Filamento
veloce
3'
5'
Frammento
di Okazaki
Filamento
lento
RNA primer
DNA parentale
3'
5'
Proteine leganti il DNA a singolo
filamento rendono lo stampo
accessibile per la duplicazione
Stampo per il
filamento lento
La primasi sintetizza
un primer

Filamento Leading

• Il filamento leading viene sintetizzato in modo continuo.
• Questo filamento è orientato in modo che la sua estremità 3' sia rivolta
  verso la forcella di replicazione, consentendo alla DNA polimerasi di
  aggiungere nucleotidi in modo continuo man mano che la forcella si apre.
• Direzione di Sintesi: La sintesi su questo filamento avviene nella stessa
  direzione dell'apertura della forcella di replicazione.

Stampo per al
filamento veloce
La DNA polimerasi allunga
entrambi i filamenti
3
La DNA elicasi svolge
la doppia elica
5
Filamento
veloce

Filamento Lagging

1. La sintesi del filamento lagging avviene in modo discontinuo. Poiché la sua
   estremità 3' è orientata in direzione opposta all'avanzamento della forcella di
   replicazione, la DNA polimerasi deve sintetizzare questo filamento in brevi
   segmenti.
2. Frammenti di Okazaki: Questi brevi segmenti di DNA sono noti come frammenti
   di Okazaki. Ogni frammento inizia con un breve segmento di RNA (primer)
   sintetizzato dalla primasi, che fornisce un punto di inizio libero 3'-OH per la DNA
   polimerasi.
3. Collegamento dei Frammenti: Dopo la sintesi, i frammenti di Okazaki sono
   collegati insieme da un'azione combinata di un'altra DNA polimerasi, che
   sostituisce il primer di RNA con DNA, e dalla DNA ligasi, che sigilla i frammenti
   insieme.

Filamento Lagging
Frammento
di Okazaki
3'
5'
Filamento
lento
RINA primer
DNA parentale
3°
5"
Į Proteine leganti il DNA a singolo
filamento rendono lo stampo
accessibile per la duplicazione
Stampo per il
filamento lento
La primasi sintetizza
un primer

Verifica e Riparazione del DNA

6. Verifica e Riparazione

• Controllo degli Errori: Sistemi di controllo e
  riparazione del DNA verificano e correggono
  eventuali errori di replicazione per mantenere
  l'integrità genetica.
• Garanzia della Fedeltà del DNA: Questo
  processo è fondamentale per prevenire
  mutazioni e assicurare la trasmissione fedele
  delle informazioni genetiche.

Risultato della replicazione

Risultato della replicazione
Fase 1
Fase 2
DOOT
Fase 3
Fase 4
T
T

• Alla fine, si formano due molecole di DNA identiche alla
  molecola originale.

Ogni molecola è formata da:

• - un filamento vecchio (originale)
• - un filamento nuovo (costruito durante la replicazione)
• Questo meccanismo è detto SEMICONSERVATIVO.

TRASCRIZIONE: dal DNA all'mRNA

1. TRASCRIZIONE: dal DNA
all'mRNA
Dove avviene?
Nel nucleo della cellula.
A cosa serve?

• La trascrizione serve per copiare un pezzo di DNA (che contiene le
  istruzioni per fare una proteina) in una molecola chiamata mRNA
  (RNA messaggero).

Il DNA non può uscire dal nucleo, quindi I'mRNA porta fuori il
messaggio.

Funzione della trascrizione

A cosa serve la trascrizione?

• La trascrizione serve per trasferire l'informazione contenuta nel DNA in una
  forma che può uscire dal nucleo e arrivare ai ribosomi, dove verrà usata per
  costruire le proteine.
• Il DNA contiene tutte le istruzioni del corpo, ma non può uscire dal nucleo.
• Per questo, la cellula crea una copia temporanea di una parte del DNA: questa
  copia è l'mRNA (RNA messaggero).
• Esempio : Immagina il DNA come un libro di ricette che non può uscire dalla
  biblioteca (il nucleo). La trascrizione è come scrivere su un foglio una singola
  ricetta: questo foglio (I'mRNA) può uscire e andare in cucina (il citoplasma),
  dove si prepara il piatto (la proteina).

Come funziona la trascrizione

Come funziona?

1. Il DNA si apre in un punto preciso (inizio del gene).
2. Un enzima chiamato RNA polimerasi si attacca al DNA e
   comincia a leggere una delle due catene.
3. Per ogni base del DNA, viene messa la base complementare:
4. A (adenina) > U (uracile nell'RNA, al posto della timina)
5. T > A
6. C -> G
7. G -> C
8. Si forma così un filamento di mRNA complementare al tratto
   di DNA.
9. L'mRNA appena formato esce dal nucleo e va nel citoplasma.

In breve:

• DNA -> trascrizione -> mRNA

TRADUZIONE: dall'mRNA alla Proteina

2. TRADUZIONE: dall'mRNA alla Proteina
Dove avviene?
Nel citoplasma, dentro un organello chiamato ribosoma.
A cosa serve?

• La traduzione serve per costruire una proteina leggendo
  il messaggio contenuto nell'mRNA.

Ogni gruppo di 3 lettere dell'mRNA (chiamato codone)
indica un amminoacido.

Come funziona la traduzione

Come funziona?

1. L'mRNA si lega a un ribosoma.
2. Il ribosoma legge I'mRNA tre lettere alla volta (es. AUG, GGA,
   UAC ... ).
3. Un altro tipo di RNA, il tRNA, porta l'amminoacido giusto
   leggendo il codone con il suo anticodone.
4. Gli amminoacidi vengono uniti tra loro uno dopo l'altro,
   formando una catena.
5. Quando il ribosoma legge un codone di stop, la catena si stacca:
   è la proteina.

Schema riassuntivo

Schema riassuntivo

• DNA -> trascrizione -> mRNA -> traduzione -> proteina

Tipi di RNA

3 tipi di RNA

• DOG
  1. mRNA (RNA messaggero)Porta il messaggio copiato dal
  DNA.Contiene le istruzioni per costruire una proteina.Viene letto
  dal ribosoma durante la traduzione.
• 2. tRNA (RNA di trasporto)Trasporta i giusti amminoacidi al
  ribosoma.Legge i codoni dell'mRNA usando l'anticodone.Aiuta a
  montare la proteina corretta.
• 3. rRNA (RNA ribosomiale)Fa parte della struttura dei
  ribosomi.Aiuta a leggere I'mRNA e a formare la proteina. È il tipo di
  RNA più abbondante nella cellula.

Parole chiave spiegate

Parole chiave spiegate semplici

• DNA = istruzioni genetiche
• mRNA = messaggio copiato dal DNA
• tRNA = trasporta amminoacidi
• Codone = 3 lettere
• Ribosoma = fabbrica di proteine