Duplicazione del DNA e sintesi proteica: ciclo cellulare e mutazioni

Ciclo cellulare

Tutte le cellule si accrescono, fino al momento in cui, raggiunte le opportune dimensioni, si dividono, in due cellule figlie identiche. L'arco vitale di una cellula si svolge in una serie di fasi che prende il nome di Ciclo Cellulare:

1. Interfase= la cellula cresce, 90%. G crescita cellulare: raggiunge le sue dimensioni normali sintetizzando biomolecole ed organuli; S avviene la duplicazione del DNA; G2 produce e proteine utili alla divisione cellulare;
2. Mitosi e citodieresi= il nucleo e il citoplasma della cellula si dividono.

Fasi del ciclo cellulare

INTERFASE INTERFASE G1 sintesi di RNA e proteine S sintesi del DNA e duplicazione dei cromosomi M G2 sintesi di proteine INTERFASE mitosi

Divisione cellulare

La cellula "madre" si divide in due cellule "figlie" identiche Si passa da una singola cellula a due celllule distinte. FUNZIONI:

1. Crescita dei tessuti e degli organi (infanzia).
2. Riparazione dei tessuti danneggiati o usurati (adulto e , ferite).
3. Riproduzione di organismi unicellulari (ameba).

Duplicazione del DNA nella fase S

Nella fase S del ciclo cellulare, le cellule duplicano il proprio DNA in modo che ciascuna cellula figlia riceva una copia dell'intero materiale genetico. nuova catena vecchia catena vecchia catena nuova catena TA I legami a idrogeno che collegano le due catene si rompono e le catene si separano. nuova catena in via di costruzione nuova catena Ciascuna catena originaria funziona da stampo per la costruzione di una nuova catena. Il DNA è l'unica molecola in grado di duplicarsi. Tale duplicazione è semiconservativa e l' enzima coinvolto è la DNA polimerasi.

Processo di duplicazione del DNA

LA DUPLICAZIONE DEL DNA DUPLICAZIONE DNA Timina D 0 0 P Adenina Guanina 000 Citosina D = deossiribosio P = fosfato ooo Legame idrogeno DNA REPLICATO 00 000 000

Ruolo dell'RNA nella sintesi proteica

DNA DUPLICAZIONE ..L'RNA Nella sintesi proteica interviene un altro acido nucleico: I'RNA AT A DNA L'operazione di sintesi delle molecole di RNA a partire da quelle di DNA si chiama trascrizione gruppo fosfato zucchero (deossiribosio) nucleo G C G RNA CG c L'operazione di sintesi delle proteine a partire dalle molecole di RNA si chiama traduzione gruppo fosfato l'uracile sostituisce la timina TA U filamento doppio filamento singolo

Sintesi proteica: dal DNA alle proteine

proteina citoplasma zucchero (ribosio)Sintesi proteica L'RNA funziona da intermediario nel processo di produzione delle proteine utilizzando le informazioni contenute nel DNA. La sequenza di basi azotate dei nucleotidi del DNA viene tradotta nella sequenza di aminoacidi che costituiscono le proteine, grazie all'intervento dell'RNA. Come vedremo, il processo comincia nel nucleo e termina nel citoplasma. Nel DNA sono contenute le "istruzioni" per sintetizzare le diverse proteine Ogni "porzione" di DNA che codifica per una specifica proteina è detta gene

Forme di RNA e loro funzioni

l'RNA è presente in 3 forme diverse:

• I'RNA messaggero (mRNA) è una singola catena lineare di RNA che fa da tramite tra il nucleo e il citoplasma. Contiene una copia "in negativo" del gene.
• I'RNA ribosomale (rRNA) ) è il costituente principale (insieme ad alcune proteine) dei ribosomi, da cui il nome.
• I'RNA transfer (tRNA) è una particolare catena di RNA che viene rappresentato bidimensionalmente come un trifoglio. Ha il compito di trasportare gli aminoacidi prelevati nel citoplasma fino ai ribosomi. subunità libere di rRNA + ribosoma estremità 3' A- C- C- 3º estremità S' IRNA

Fasi della costruzione di una proteina

La costruzione di una proteina prevede due fasi: la trascrizione e la traduzione

1. Durante la trascrizione il DNA viene usato come stampo per la formazione dell'mRNA.
2. Durante la traduzione, I'mRNA trascritto viene tradotto nella sequenza degli aminoacidi di una proteina. DNA 1 Trascrizione nel nucleo mRNA 2 Traduzione sul ribosomi Codone 1 Codone 2 Codone 3 0 0 Polipeptide -N-C-C-N-C-C-N-C-C- R. R R Arginina Tirosina Triptofano

Dettagli della trascrizione

C C G r A Filamento non codificante T 3 C C G Filamento stampo di DNA U Trascritto di mRNA C C T G G T 5* 1 Verso l'eleborazione dell'mRNA Nella trascrizione ogni gene trasferisce l'informazione all'mRNA. · Un segmento di doppia elica di DNA si srotola e si apre al centro, cosicché i nucleotidi di RNA si possano appaiare, man mano che il filamento di DNA viene trascritto. RNA polimerasi G G I nucleotidi si uniscono uno alla volta grazie al lavoro dell'RNA polimerasi. L'enzima si lega a un sito promotore sul DNA, ed aggiunge nucleotidi complementari a quelli del filamento stampo, con l'uracile al posto di timina. · Quando incontra la sequenza di terminazione, la trascrizione si blocca, liberando I'RNA.

Ruolo del tRNA nella traduzione

Nella traduzione, ogni tRNA veicola un aminoacido Ammino-acido leucina 3' 2 Questa estremità del tRNA si attacca a un amminoacido. 5' Legami a idrogeno C 1 Il tRNA contiene Gli anticodoni del tRNA si regioni di appaiamentoaccoppiano con i codoni complementare delle basi. complementari dell'mRNA. 3 Questa estremità del tRNA contiene un anticodone che si accoppia con un codone complementare. Anticodon GAA mRNA 5' Codone 3 I tRNA trasferiscono gli aminoacidi che si trovano nel citoplasma ai ribosomi. Nei ribosomi I'mRNA viene trasformato nella sequenza di aminoacidi di una proteina.

Traduzione presso i ribosomi

La traduzione ha luogo presso i ribosomi presenti nel citoplasma I ribosomi hanno un sito di legame per I'mRNA e tre siti di legame per il tRNA. Quando un ribosoma si sposta lungo una molecola di mRNA, il polipeptide in formazione si allunga di un aminoacido alla volta. Subunità maggiore 5' 3 Siti di legame di un ribosoma mRNA Siti di legame per il tRNA Subunità minore Struttura di un ribosoma tRNA in uscita Polipeptide 3 4 5 İRNA in arrivo 2 mRNA 1 Produzione di un polipeptide Poliribosoma

Fase di inizio della traduzione

La 1ª fase della traduzione dell'mRNA in proteina è detta «inizio» Amminoacido metionina Subunità ribosomiale maggiore Sito E Sito P Sito A 5 MRNA 3 Subunità ribosomiale minore 5' 3' Codone d'inizio Una subunità ribosomiale minore si lega all'mRNA; un tRNA d'inizio con un anticodone UAC si accoppia con un codone d'inizio AUG dell'mRNA. La subunità ribosomiale maggiore si unisce a quella minore completando il ribosoma. Il tRNA d'inizio occupa il sito P. Il sito A è pronto per il tRNA successivo. L'inizio è la fase che mette insieme tutti i componenti necessari alla traduzione: ribosoma, mRNA e tRNA Un tRNA d'inizio si accopia con il codone d'inizio AUG.

Fase di allungamento della traduzione

La 2ª fase della traduzione è l'allungamento 2 5' 3' Legame peptidico 3 tRNA 1 Anticodone 5' 3' 5' 3 4 5 3' Durante l'allungamento, I' tRNA porta gli aminoacidi sul ribosoma e li lega a quelli precedenti, leggendo i successivi codoni dell'mRNA.

Fase di terminazione della traduzione

La 3ª fase della traduzione è la terminazione Quando il ribosoma raggiunge un codone di terminazione, la traduzione si conclude con la fase di terminazione, in cui il polipeptide viene rilasciato. La trascrizione e la traduzione rendono possibile l'espressione genica.

Il codice genetico

Prima base Seconda base Terza base U C A G UUU fenilanina UCU serina UAU tirosina UGU cisteina U UUC fenilanina UCC serina UAC tirosina UGC cisteina C U UUA leucina UCA serina UAA stop UGA stop A UUG leucina UCG serina UAG stop UGG triptofano G CUU leucina CCU prolina CAU istidina CGU arginina U CUC leucina CCC prolina CAC istidina CGC arginina C C CUA leucina CCA prolina CAA glutammina CGA arginina A CUG leucina CCG prolina CAG glutammina CGG arginina G AUU isoleucina ACU treonina AAU asparagina AGU serina U AUC isoleucina ACC treonina AAC asparagina AGC serina C AUA isoleucina ACA treonina AAA lisina AGA arginine A AUG (start) ACG treonina AAG lisina AGG arginine G GUU valina GCU alanina GAU aspartato GGU glicina U GUC valina GCC alanina GAC aspartato GGC glicina C G GUA valina GCA alanina GAA glutamata GGA glicina A GUG valina GCG alanina GAG glutamata GGG glicina G Codice genetico La sequenza di nucleotidi del DNA che specifica l'ordine degli aminoacidi di un polipeptide costituisce un gene. ·Il codice genetico è basato su una tripletta di basi (AUC) ossia un codone, che corrisponde a un aminoacido. .E' rappresentato da 64 triplette (43=64) ·E' degenerato, cioè alcuni codoni corrispondono ad uno stesso aminoacido. ·Codone di inizio: AUG ·Codoni di stop: UAA, UGA, UAG. · Il codice genetico è universale, cioè identico in tutti gli organismi.

Mutazioni geniche

Mutazioni Una mutazione genica è un cambiamento permanente nella sequenza di basi del DNA. Le mutazioni rendono difettosi i geni e possono alterare l'espressione genica e quindi determinare malattie genetiche. Possono colpire due tipi di cellule:

• mutazioni germinali avvengono nelle cellule sessuali e possono essere trasmesse alla generazione successiva attraverso la riproduzione. Determinano malattie genetiche ereditarie ma anche l'evoluzione dei viventi.
• mutazioni somatiche avvengono nelle cellule del corpo e non vengono trasmesse alla progenie. Possono determinare l'insorgenza di tumori. Possono essere spontanee e quindi rare o indotte da agenti mutageni che possono aumentare la loro frequenza come per esempio raggi X, UV, e sostanze chimiche.

Tipi di mutazioni

Mutazioni Si distinguono in:

• Puntiformi o Geniche riguardano una sola o poche basi, per errori durante la duplicazione del DNA.
• Cromosomiche riguardano lunghi tratti di DNA, per errori durante il crossing-over: delezione (Cri-du-chat), duplicazione, inversione e traslocazione.
• Genomiche riguardano variazioni nel numero di cromosomi, per errori durante la meiosi, trisomia 21 (2n+1).

Mutazioni puntiformi e loro effetti

Mutazioni Puntiformi Le mutazioni puntiformi implicano un cambiamento in un singolo nucleotide di DNA e di conseguenza un cambiamento in uno specifico codone. Possono avvenire per:

• Sostituzione di una base azotata: Silente, di senso (missenso), non senso
• Delezione= eliminazione di una base nella sequenza, comporta uno spostamento della griglia di lettura (proteine difettose).
• Inserzione= inserimento di una base nella sequenza. idem

Mutazioni geniche: sostituzione, inserzione, delezione

LE MUTAZIONI GENICHE (PUNTIFORMI) Vengono alterati uno o pochi nucleotidi, possono consistere nella SOSTITUZIONE, INSERZIONE o DELEZIONE di nucleotidi AAU GCG CAU Į AAU GUG CAU 1 AAU GCG CAU AAU G&G CAU AAU GEG CAU 1 AAU GCG ACA U 1 AAU GGC AU 1 AAU CAU SOSTITUZIONE Viene alterato un singolo codone, la proteina prodotta avrà degli amminoacidi diversi dal normale DELEZIONE o INSERZIONE Viene alterata la fase di lettura a partire dal nucleotide inserito o deleto. Se vengono inseriti o deleti 3 NUCLEOTIDI o multipli, nella proteina verranno eliminati o aggiunti singoli amminoacidi tra gli quelli normalmente presenti