DNA STRUTTURA E FUNZIONI prof. eugenio favia1. Scoperta degli acidi nucleici La lunga storia del DNA...

DNADNA

STRUTTURA E FUNZIONISTRUTTURA E FUNZIONI

prof. eugenio favia 1

Scoperta degli acidi nucleici• La lunga storia del DNA comincia nel lontano 1869 con

lo svizzero Johann F. Miescher.• Per i suoi studi, si servì del pus perché ricco di globuli

bianchi, cellule del sangue con grandi nuclei .• Dopo l’estrazione del materiale nucleare lo analizzò e

scoprì che era acido e conteneva, tra l’altro, il 14% di N, 3% di P e il 2% di S

• Infine, poiché era resistente agli enzimi che demoliscono le proteine (pepsina) concluse che non poteva trattarsi di materiale proteico.

• Egli chiamò questa sostanza “nucleina”


• Nel 1879 il collega Albrecht Kossel analizzando quelle sostanze vide che contenevano quattro composti ricchi di azoto che chiamò ADENINA, TIMINA, CITOSINA , GUANINA (basi azotate).

• Nel 1889 Richard Altmann, studente di Miesher, ribattezzò la nucleina ACIDO NUCLEICO

• Già nel 1874 Miescher ipotizzò, in maniera quasi preveggente, che la nucleina potesse avere a che fare con la riproduzione


• Nel 1902 l’americano Walter Sutton osservando la meiosi in cellule germinali di cavallette, si rese conto del parallelismo tra le leggi di Mendel e il movimento dei cromosomi omologhi.

• Perciò ipotizzò una associazione tra i cromosomi e l’ereditarietà genetica.

• Ma i cromosomi sono fatti anche di DNA.


Come si è arrivati a capire le funzioni del DNA

• FUNZIONE GENETICA• Nel 1928 Il medico inglese

Frederick Griffith studiava il batterio Streptococcus pneumoniae che presenta due diversi ceppi

• S (da smooth=liscio) VIRULENTO• R (da rough=ruvido) INNOCUO

• Sviluppò un esperimento divenuto ormai classico:


Esperimento di Griffith


• Nel 1944 Oswald Avery e i suoi collaboratori riuscirono, dopo lunghi e laboriosi esperimenti, ad individuare qual’era la sostanza trasformante osservata da Griffith.


• Nel 1952 gli americani Alfred Hershey e Martha Chase effettuarono un nuovo e più complesso esperimento per confermare i risultati di Avery

• Usarono il virus betteriofago T2. Questo penetra parzialmente nel batterio e, dopo aver prodotto numerose copie di se stesso, fuoriesce dal batterio lisandolo (uccidendolo)

• I virus sono costituiti da proteine e DNAprof. eugenio favia 9

La struttura del DNA• Nel 1919 Phoebus Levene individuò la

composizione del DNA : Uno zucchero a 5 atomi di carbonio (desossiribosio) un gruppo fosfato (PO4

-4 ) e una base azotata, tutti uniti a formare un nucleotide che a sua volta costituisce un monomero del DNA.

• Precedentemente lo stesso Levene aveva scoperto un altro acido nucleico: l’RNA


• nel 1950 il biochimico austriaco Erwin Chargaff studiando la composizione del DNA notò alcune regolarità significative:

• La percentuale delle singole basi azotate è uguale in tutte le cellule di un individuo

• Il rapporto tra le percentuali di A e G sono diverse da specie a specie

• In ciascuna specie la quantità di A = T e la quantità di G = C (e quindi A+G = C+T)


• Nel 1951 Rosalind Franklin e Maurice Wilkins cominciarono presso il King’s College di Londra lo studio della molecola del DNA col metodo della cristallografia a raggi X. e nel 1952 giunsero alla conclusione che la sua struttura dovesse essere a elica.


LA DOPPIA ELICA• Nel 1953 l’inglese Francis Crick e l’americano James

Watson, sulla base delle osservazioni della Franklin e di tutte le informazioni fino ad allora note sul DNA, costruirono un modello tridimensionale a doppia elica e pubblicarono i risultati il 25 aprile su Nature

• Per questa scoperta ricevettero il premio Nobel nel 1958

Rosalind Franklin morì a soli 37 anninel 1958 prima dell’ambito riconoscimento


LA DUPLICAZIONE

• Ma la trasmissione dell’informazione genetica richiede prima la duplicazione del DNA

• Dopo la scoperta di Watson e Crick sulla struttura del DNA si intuì che questo poteva autoduplicarsi


• Il primo a provare sperimentalmente che effettivamente ciò avveniva è stato Arthur Kronberg (nobel nel 1959).

• Ma rimaneva il problema di come avveniva il processo


• Gli americani Matthew Meselson e Franklin Sthal nel 1958 portarono a termine un importante esperimento che confermò la duplicazione semiconservativa del DNA.

prof. eugenio favia

C,G,A,T = 15NC,G,A,T = 14N

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FUNZIONE DI CONTROLLO• Abbiamo visto che il DNA è la molecola che

contiene le informazioni genetiche che si trasferiscono di generazione in generazione.

• Ma come vengono usate queste informazioni dalle cellule degli organismi?

• Il DNA determina il funzionamento delle cellule mediante la costruzione di importanti biomolecole: le PROTEINE


LE PROTEINE

• Le proteine sono delle macromolecole polimeriche costituite da una lunga catena di aminoacidi (catena polipeptidica).

• Ci sono 20 aminoacidi diversi con cui gli organismi costruiscono tutti i milioni di proteine esistenti.


• Esse si possono descrivere mediante 4 livelli strutturali:

• Primaria: sequenza degli aminoacidi• Secondaria: disposizione ad α-elica o a

β-foglietto della catena polipeptidica• Terziaria: avvolgimento spaziale della

catena• Quaternaria: unione di più subunità in

struttura terziaria


• Le proteine svolgono tante funzioni nelle cellule : enzimatica, di difesa, strutturale, di trasporto, ormonale, ecc.

• Pertanto la vita cellulare dipende da quali e quante proteine vi sono

• Ma il DNA come determina le proteine?


• Il processo viene detto SINTESI DELLE PROTEINE e si svolge in due fasi distinte ma correlate con il tramite del RNA (un altro acido nucleico) e di diversi enzimi :

• TRASCRIZIONE• TRADUZIONE


RNA

• L’RNA è simile al DNA con la differenza di avere il ribosio al posto del desossiribosio, l’uracile al posto della timina e di essere costituita da una singola catena di nucleotidi.

• Inoltre vi sono diversi tipi di RNA: mRNA (messaggero), tRNA (trasporto), rRNA (ribosomiale)


TRASCRIZIONE• Il processo di trascrizione avviene in tre fasi


• Per trasferire le informazioni del DNA espresse in una sequenza di nucleotidi in informazioni espresse in una sequenza di aminoacidi nelle proteine occorre un codice :

• IL CODICE GENETICO


• Il lavoro di decifrazione del codice fu intrapreso all’inizio degli anni sessanta, tra gli altri, da un giovane biochimico statunitense Marshall Nirenberg (nobel nel 1968):

• Utilizzò il batterio Escherichia coli per ricavare il contenuto delle cellule senza la membrana: il citoplasma. Questo materiale viene detto cell-free e mantiene tutte le capacità metaboliche della cellula tranne la riproduzione.


• Nel 1961 inserì una sequenza nota di RNA (UUU) e ottenne la produzione dell’aminoacido fenilalanina.

• Negli anni successivi, in collaborazione con altri studiosi, ripetè l’esperienza con altre sequenze di RNA e trovò, alla fine, le corrispondenze tra triplette e aminoacidi.

• Il lavoro di decifrazione delle 64 triplette fu terminato nel 1966 rivelando l’intero CODICE GENETICO


•Grazie per l’attenzione.


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