L'informazione genetica: struttura, acidi nucleici e replicazione procariotica

L'INFORMAZIONE GENETICA

S Cordua Accende la tua mente Copyright CorduaS Cordua H -H N N Z H N N H O=P-0+ CH2 O 0- H H Nitrogenous base (adenine) H H OH H Sugar Phosphate group

GLI ACIDI NUCLEICI

L'INFORMAZIONE GENETICA

LA DOPPIA ELICA DEL DNA

LA SCOPERTA DEL DNA

GLI ESPERIMENTI

Hershey e Chase Griffith Avery, Macleod, McCarty

IL COMPATTAMENTO DEL DNA

Cromosoma Solenoidi Nucleosomi DNA Istoni Fibra di cromatinaS

PROCARIOTI VS EUCARIOTI

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ACIDI NUCLEICI

Macromolecole organiche - acidi nucleici

Un acido nucleico è un polimero di nucleotidi. Un nucleotide è un formato da: · un fosfato - l'acido fosforico; · uno zucchero pentoso; · una base azotata - guanina, adenina, citosina, timina o uracile. Fosfato B P Base azotata 5' O. S 4 1' 3' 2' Zucchero pentoso Gli acidi nucleici, chiamati così perché particolarmente abbondanti nel nucleo delle cellule, sono di due tipi: il DNA (Acido DesossiriboNucleico) e l'RNA (Acido RiboNucleico). Il primo è detentore dell'informazione genetica, il secondo provvede a tradurre l'informazione genetica, contenuta nel DNA, nel linguaggio delle proteine. I nucleotidi sono composti ricchi di energia, si trovano anche come trasduttori secondari di segnali chimici portati da alcuni ormoni e come componenti della struttura di importanti coenzimi. Copyright Cordua Accende la tua menteS

Il nucleoside: base + zucchero

Cordua 3.5 Le macromolecole organiche - acidi nucleici · Base azotata NH 2 0 O 1 C C CH3 N CH HN C 1 I C CH C CH 0 N 0 N H H Citosina Timina (DNA) Uracile (RNA) Pirimidina NH 2 0 I C N HO OH HO OH C 4' 1' H H H H H H 3' 2. 3' 2' H HO OH HO Ribosio Deossiribosio Purine NH2 N Legame B-glicosidico N N HO 0 N C H HO OH · Zucchero H H 5' 1 H -H 5.1 N N C HN C CH CH HC C C C N N N H2N N H H Adenina Guanina ǁ C HN CH 1 C CH O N H -C O 4' 1' H H Accende la tua mente Copyright CorduaS

Il nucleotide: estere fosforico di un nucleoside

Cordua 3.5 Le macromacromolecole organiche - acidi nucleici Il nucleotide: estere fosforico di un nucleoside (al C5') H H 1 N N N A N N "O-P-OH HOCH2 OH H base I H 3 2 H H H HO H acido fosforico 1 H H 1 N N O A Il O N N H H H7 TH o HO H nucleotide (dAMP) Accende la tua mente Copyright Cordua 2'-deossiribosio O Il 5 O 1 H2O N "0-P-OCH2S

Il legame fosfodiesterico

Cordua 3.5 Le macromolecole organiche - acidi nucleici Il legame fosfodiesterico 0 0- -O-P=0 "O-P=0 O 1 CH2 CH2 0 1 3 2 3 OH OH 0 OH -O-P=0 + H20 1 OH T "O-P=0 SCH2 0 Ó SCH2 0 OH OH 3 2 OH OH I nucleotidi che fanno parte di un filamento di DNA sono uniti fra loro da un legame che intercorre fra l'atomo di O dell'OH legato al C3 e il P legato al C5. Questo legame covalente viene detto fosfodiesterico. Le estremità di un'elica sono differenti e possiamo distinguere una polarità, normalmente indicata con 5' (la cui estremità presenta il fosfato in posizione 5' libero, ovvero non coinvolto nel legame fosfodiesterico) e 3' (la cui estremità presenta l'ossidrile in posizione 3' libero, anch'esso non coinvolto nel legame fosfodiesterico). Accende la tua mente Copyright Cordua I 1 0-4-0- 0S

Filamento di DNA

Cordua 3.5 Le macromolecole organiche - acidi nucleici H3C NH fosfato 5' E O O N -O-P-O-CH2 O o- NH2 N (C) O N o- O=P-O-CH2 .- O O NH2 N N O N N O=P-O-CH2 O OH ossidrile 3' In un singolo filamento di DNA, che può essere lungo anche molti milioni di nucleotidi, gli zuccheri e i gruppi fosforici si ripetono, alternandosi, in una struttura costante e uguale, il cosiddetto scheletro, mentre le basi azotate sono presenti in una sequenza che è variabile da molecola a molecola. Accende la tua mente Copyright Cordua Legami fosfodiesterici 0-2-0S

La doppia elica del DNA

Legami a idrogeno

Cordua La doppia elica del DNA estremità 5' La timina (T) e l'adenina (A) formano tra loro due legami a idrogeno. O PO 0 estremità 3' 5' HỌC 0 H 0 -3' H H H 0 H A o HC 5' 0 0 5' OPO H.C 0 H O H H G H H 3' H H 0 H TA O HC 5' GC 0 O AT 54 O P-O H.C 0 H 0 H H H Z 0 H O HỌC GC OPO 0 5' O 5' HỌC 0 c H O H H H I H H T H O HC 5' estremità 3' O 0-P-O La guanina (G) e la citosina (C) for- mano tra loro tre legami a idrogeno. estremità 5' Accende la tua mente Copyright Cordua Se lungo ciascun filamento si trac- cia una freccia che va dal carbonio in posizione 5' al carbonio in posizione 3' si nota che le frecce vanno in direzioni opposte. H H H H T H 3' 0-PO 3' H H c 0-PO H H T 34 0 T 0-P-O ,3' 3' H 0 H G A 3'S

Le regole di Chargaff

Cordua La doppia elica del DNA Una molecola di DNA è formata da due filamenti contrapposti, uniti da legami idrogeno (deboli) che si formano fra le basi azotate, rispettando alcune regole: ciascuna base di un filamento forma una coppia con una base dell'altro filamento, che viene, quindi, detto complementare. La guanina si appaia con la citosina e l'adenina con la timina (uracile se si tratta di RNA), cioè una purina si appaia sempre con una pirimidina. Le coppie G-C sono unite da 3 legami idrogeno, mentre le coppie A-T/U da 2 legami a idrogeno. Legame idrogeno O NH2 O Timina P N ... N O O O P O O O Citosina P NH .... N O Guanina N O N 0 N NH2" O O O O P O Desossiribosio + gruppo fostato Desossiribosio + gruppo fostato HN Adenina O ...... H2N O N O O P O O Accende la tua mente Copyright CorduaS

Struttura della molecola di DNA

Cordua La doppia elica del DNA La molecola di DNA è costituita da due catene avvolte a formare una doppia elica. · Le due catene sono complementari e antiparallele; · I legami tra i nucleotidi all'interno di ciascuna catena sono legami covalenti, mentre quelli che uniscono i due filamenti sono legami a idrogeno; · L'elica ha diametro costante e avvolgimento destrogiro; Thymine Adenine 5' end 3 ind - Phosphate- deoxyribose backbone DNA (Acido Desossiribonucleico) 3' end Cytosine Guanine 5' and · Le parti idrofiliche (fosfati e ribosi) sono rivolte all'esterno, a contatto con l'H2O. Accende la tua mente Copyright CorduaS

Dimensioni e solchi del DNA

Cordua La doppia elica del DNA a 3' 5' legame idrogeno base impalcatura zucchero-fosfato · Diametro 2 nm · Distanza tra le coppie di basi = 0,34 nm · Un passo 10 basi = 3,4 nm · Le basi possono essere raggiunte attraverso i "solchi" b solco minore 12 Å (1,2 nm) solco maggiore 22 Å (2,2 nm) A G C T 3' 5' 20 Å (2 nm) Accende la tua mente Copyright Cordua 1 giro d'elica = 34 A = ~ 10,5 coppie di basiS

Conformazioni del DNA

Cordua La doppia elica del DNA È possibile indurre la transizione da una conformazione di DNA a un'altra variando le condizioni ambientali. Le tipologie di elica più facilmente riscontrabili sono A, B e Z. · La forma B è quella originariamente descritta da Watson e Crick ed è la principale. · La forma A è favorita in condizioni di disidratazione. La doppia elica è destrorsa, più larga e più corta dell'elica B. Le coppie di basi sono maggiormente ruotate rispetto all'asse dell'elica. Presenta 11 coppie di basi per giro. · II DNA-Z è una doppia elica sinistrorsa, ci sono 12 bp per giro e la struttura appare più sottile e allungata, è tipica delle sequenze che presentano modifiche chimiche come la metilazione e dei tratti di DNA ricchi di basi C e G. Conformazioni del DNA a DNA B b DNA A C DNA Z 0,34 nm 3,4 nm Accende la tua mente Copyright CorduaS

La scoperta del DNA

Ricerca e contributi

Cordua La scoperta del DNA LIKE 400,000 OMCANs ANCER ORS Accende la tua mente Copyright CorduaS

La struttura a doppia elica

Cordua La scoperta del DNA La scoperta della struttura a doppia elica · L'antefatto coinvolge essenzialmente i ricercatori di tre laboratori: Pauling al Caltech di Pasadena; Wilkins e Franklin al King's College di Londra; Crick e Watson al Cavendish di Cambridge. · Toccò a Pauling il primo successo, quando nel 1951 risolse la struttura delle proteine fibrose, scoprendo le strutture secondarie: a-elica e foglietto B. A Helical X B Layer Lines 10 10 5 0 Franklin a Queling 5 0 Helical repeat (base pairs/turn) Plate 1 Accende la tua mente Copyright CorduaS

Il contributo di Rosalind Franklin

Cordua La scoperta del DNA IL CONTRIBUTO DI ROSALIND FRANKLIN (A) (B) Campione di DNA Queste macchie sono prodotte dai raggi X diffratti. Fascio di raggi X Fonte di raggi X Schermo di piombo Pellicola fotografica Rosalind Franklin ha condotto gli esperimenti che hanno permesso di fotografare ai raggi X la struttura del DNA, la cui interpretazione ha permesso di dedurne la struttura tridimensionale. La posizione degli atomi in una sostanza chimica cristallizzata può essere determinata in base al quadro di diffrazione dei raggi X che l'hanno attraversata. Il quadro del DNA è estremamente regolare e ripetitivo. Copyright Cordua Accende la tua menteS

Watson e Crick

Cordua La scoperta del DNA WATSON E CRICK 1 Nel 1953 i due scienziati ipotizzarono che il DNA si componesse di due catene di nucleotidi disposte a formare una doppia elica. Ciascuna purina, composta da due anelli, si trova di fronte a una pirimidina, composta da un singolo anello, formando ponti idrogeno, in accordo con i risultati di Chargaff. Lo scheletro esterno è formato da desossiribosio alternato a gruppi fosfato. Il bozzetto compare sulla rivista scientifica Nature il 25 aprile del 1953. La scoperta della struttura del DNA conteneva in se alcune ipotesi importanti di funzionamento. Primo fra tutti, suggeriva un meccanismo di duplicazione della molecola che sfruttava l'apertura della doppia elica mediante rottura dei legami idrogeno e la sintesi di nuovi filamenti usando i due originali come stampo. Accende la tua mente Copyright CorduaS

PROCARIOTI ED EUCARIOTI

Differenze tra procarioti ed eucarioti

Cordua PROCARIOTI ED EUCARIOTI 1234 PROCARIOTI EUCARIOTI DNA libero nel citoplasma DNA protetto nel nucleo Una sola molecola di DNA Più molecole di DNA (cromosomi) DNA circolare Cromosomi lineari NO istoni DNA avvolto intorno a PROTEINE ISTONICHE, che prende il nome di cromatina Costituito solo da sequenze codificanti Costituito da sequenze codificanti (ESONI) e NON codificanti (INTRONI) Il genoma di una cellula procariote è più semplice mentre il corredo cromosomico eucariotico è molto più complesso sia nell'organizzazione sia nella regolazione dell'attività enzimatica. Il numero di cromosomi degli eucarioti, però, non dipende dalla complessità della specie; solo per fare qualche esempio: i cani hanno 78 cromosomi, i topi 42 ed i gatti 38. Accende la tua mente Copyright CorduaS

Il compattamento del DNA

Struttura del DNA

Cordua Il compattamento del DNA TEM cromosoma in metafase doppia elica di DNA (diametro 2 nm) linker fibra strettamente avvolta a elica (diametro 30 nm) struttura a "collana di perle" nucleosoma (diametro 10 nm) istoni superavvolgimento (diametro 300 nm) TEM 700 nm Accende la tua mente Copyright Cordua