02 dna materiale genetico
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Capitolo 2
DNA: il materiale genetico
Peter J Russell, Genetica © 2010 Pearson Italia S.p.A
http://www.guidobarbujani.it/index.php/1-genetica
Domande 2
• Qual è il materiale genetico, cioè la componente della cellula che ne controlla le caratteristiche morfologiche e biochimiche, e che viene trasmesso alla progenie?
• Che esperimenti hanno permesso di identificarlo?• Qual è la struttura di un articolo scientifico?
In cosa consiste il materiale genetico?
Macromolecole nella cellula:
• Proteine
• Zuccheri• Grassi struttura molto semplice
• Acidi nucleici
Cosa c’è in uno studio (e in un articolo) scientifico?
Un problema scientifico da risolvere
Una descrizione delle procedure sperimentali
Una descrizione dei risultati degli esperimenti
Un’interpretazione dei risultati
Introduzione
Materiali e metodi
Risultati
Discussione
Figura 2.1
Streptococcus pneumoniae, o pneumococco
Figura 2.2
Peter J Russell, Genetica © 2010 Pearson Italia S.p.A
Griffith 1928
Avery, MacLeod & McCarthy 1942
Figura 2.3
Peter J Russell, Genetica © 2010 Pearson Italia S.p.A
Avery, MacLeod & McCarthy 1942
Cosa c’è nell’articolo di Avery e coll.?
Problema scientifico da risolvere
Descrizione delle procedure sperimentali
Descrizione dei risultati degli esperimenti
Interpretazione dei risultati
Figura 2.4
Peter J Russell, Genetica © 2010 Pearson Italia S.p.A
Il batteriofago T2
Figura 2.5
Peter J Russell, Genetica © 2010 Pearson Italia S.p.A
Ciclo litico di un fago, come T2
Figura 2.6
Peter J Russell, Genetica © 2010 Pearson Italia S.p.A
Hershey & Chase 1953
Il virus del mosaico del tabacco
Fraenkel-Conrat & Singer 1957
Eredità: il DNA
5' - G T A A T C C T C - 3' | | | | | | | | | 3' - C A T T A G G A G - 5'
Figura 2.7
Peter J Russell, Genetica © 2010 Pearson Italia S.p.A
Figura 2.8
Peter J Russell, Genetica © 2010 Pearson Italia S.p.A
Figura 2.9
Peter J Russell, Genetica © 2010 Pearson Italia S.p.A
Come si è arrivati a capire la struttura del DNA?
Jim Watson
Francis CrickRosalind Franklin
Jim Watson e FrancisCrick nel 1953
Rapporti quantitativi fra le basi del DNA
Figura 2.10
Peter J Russell, Genetica © 2010 Pearson Italia S.p.A
Figura 2.11
Peter J Russell, Genetica © 2010 Pearson Italia S.p.A
Figura 2.12
Peter J Russell, Genetica © 2010 Pearson Italia S.p.A
DNA, appaiamento fra le basi:T-A, C-G
Orientamento della doppia elica
5' - A T A A T C C T G - 3' | | | | | | | | | 3' - T A T T A G G A C - 5'
Siti nella sequenza del DNA
Struttura del DNA nei procarioti
Particelle fagiche di ΦX174
•Singolo cromosoma circolare•A volte, piccoli tratti di DNA extracromosomico (plasmidi)•Cromosoma superavvolto•Da 5.000 a 5.000.000 di paia di basi
Foto e schema di fago λ
Figura 2.14
Peter J Russell, Genetica © 2010 Pearson Italia S.p.A
Cromosoma rilasciato da una cellula lisata di E. coli
Superavvolgimenti: la doppia elica si avvolge intorno al proprio asse
DNA rilassato
DNA superavvolto (stesso ingrandimento)
Figura 2.16
Figura 2.15
Peter J Russell, Genetica © 2010 Pearson Italia S.p.A
Gli enzimi topoisomerasi avvolgono e svolgono le molecole di DNA in tutti gli organismi
Figura 2.17
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Ulteriori superavvolgimenti conferiscono al cromosoma batterico una struttura ad anse
Struttura del DNA negli Eucarioti
• Più sono complessi più DNA è contenuto nelle loro cellule?
• O no?
Il valore C rappresenta il contenuto di DNA di ogni cellula
Più cromosomi lineariDNA superavvoltoRegioni specializzate nel centromero e nel telomero
Pare di no
Scarsa correlazione fra dimensioni del genoma e complessità dell’organismo
C’è, invece, una correlazione fra frazione del genoma non codificante e complessità dell’organismo
Figura 2.18
Peter J Russell, Genetica © 2010 Pearson Italia S.p.A
Il cromosoma degli Eucarioti
Figura 2.19
Peter J Russell, Genetica © 2010 Pearson Italia S.p.A
1. Istoni: proteine basiche, ruolo importante nell’impacchettamento della cromatina, uguali in tutte le cellule di un organismo
2. Proteine non istoniche: acide,diverse nei diversi tessuti di unorganismo
Cromatina: il complesso del DNA e delle proteine che costituiscono il cromosoma
Cromatina distesa
Cromatina impacchettata(fibra di 30 nm )
Schema di impacchettamentodei nucleosomi
Le proteine non-istoniche legano la fibra di 30 nm formando dei domini ad ansa
Figura 2.21
Peter J Russell, Genetica © 2010 Pearson Italia S.p.A
Fotografia al microscopio elettronico di un cromosoma metafasico dopo rimozione degli istoni
Figura 2.22
Peter J Russell, Genetica © 2010 Pearson Italia S.p.A
Riassumendo:
Eucromatina: regioni cromosomiche in cui si alternano condensazione e decondensazione
Eterocromatina: regioni cromosomiche che rimangono in fase densa durante tutto il ciclo cellulare
Figura 2.23
Peter J Russell, Genetica © 2010 Pearson Italia S.p.A
Due regioni specializzate
1. Sequenze centromeriche: interagiscono con le fibre dei microtubuli
Due regioni specializzate
2. Sequenze telomeriche: spesso a contatto con la membrana nucleare
Sequenze ripetute
Regioni di DNA a sequenza unica e a sequenza ripetuta
Ripetizioni in tandem (SSR, duplicazioni di segmenti: 8%) o disperse (SINEs, LINEs: 33.5%)
http://www.ornl.gov/sci/techresources/Human_Genome/home.shtml
Sintesi 2
• Abbiamo visto quattro esperimenti che hanno dimostrato come il materiale genetico sia rappresentato da acido nucleico: Griffith, Avery e coll., Hershey e Chase, Fraenkel-Conrat e Singer
• Il DNA è a doppia elica in tutti gli organismi (Watson & Crick), ma eucarioti e procarioti differiscono per numero e struttura dei cromosomi
• Non c’è una relazione fra contenuto di DNA nelle cellule e apparente complessità dell’organismo
• All’interno dei cromosomi eucarioti il DNA è associato a proteine (con cui forma la cromatina) e condensato in una struttura compatta
Figura 2.13
Peter J Russell, Genetica © 2010 Pearson Italia S.p.A