Il materiale ereditarioIl materiale ereditario Nel Nel 1930-401930-40 le le proteine proteine erano reputate le erano reputate le

candidate più probabili a rappresentare il candidate più probabili a rappresentare il materiale genetico (sono fatte da 20 AA, mentre materiale genetico (sono fatte da 20 AA, mentre gli acidi nucleici sono fatti da 4-5 nucleotidi)gli acidi nucleici sono fatti da 4-5 nucleotidi)

19281928:: Griffith Griffith studia i ceppi R e S di studia i ceppi R e S di Pneumococco ed evidenzia un “Pneumococco ed evidenzia un “Principio Principio TrasformanteTrasformante” in grado di trasformare i batteri ” in grado di trasformare i batteri uccisi al calore conferendo loro le uccisi al calore conferendo loro le caratteristiche dei batteri vivicaratteristiche dei batteri vivi

19441944: : Avery, Mac Leod e Mc CartyAvery, Mac Leod e Mc Carty identificano identificano nel nel DNA il “Principio Trasformante”DNA il “Principio Trasformante”. Essi . Essi lisarono il ceppo S e frazionarono il contenuto lisarono il ceppo S e frazionarono il contenuto cellulare: lipidi, polisaccaridi e proteine non cellulare: lipidi, polisaccaridi e proteine non erano in grado di trasformare le cellule erano in grado di trasformare le cellule batteriche; la trasformazione avveniva solo batteriche; la trasformazione avveniva solo grazie alla frazione contenente gli acidi nucleicigrazie alla frazione contenente gli acidi nucleici

Il DNA è coinvolto nella Il DNA è coinvolto nella replicazione viralereplicazione virale

19521952: : Hershey e ChaseHershey e Chase studiano la studiano la replicazione dei replicazione dei batteriofagi, virus che batteriofagi, virus che infettano i batteri infettano i batteri facendo penetrare solo facendo penetrare solo una parte della loro una parte della loro strutturastruttura

Marcando alcuni fagi Marcando alcuni fagi con con 3535S (Pt) ed altri con S (Pt) ed altri con 3232P (Ac. Nucleici) P (Ac. Nucleici) dimostrarono che dimostrarono che il il materiale responsabile materiale responsabile della replicazione della replicazione virale è il DNAvirale è il DNA

Gli Acidi Nucleici, DNA ed RNA, Gli Acidi Nucleici, DNA ed RNA, sono polimeri dei nucleotidisono polimeri dei nucleotidi

Struttura del DNA(I)Struttura del DNA(I) I gruppi fosfato formano I gruppi fosfato formano

legami 3’-5’ legami 3’-5’ fosfodiestericifosfodiesterici

La catena polinucleotidica La catena polinucleotidica ha una ha una polaritàpolarità con con estermità 3’ ed estermità estermità 3’ ed estermità 5’5’

19491949: : Regole di CargaffRegole di Cargaff::

Nel DNA estratto da Nel DNA estratto da diversi tessutidiversi tessuti

N° purine=N° pirimidineN° purine=N° pirimidine Adenine=TimineAdenine=Timine Citosine=GuanineCitosine=Guanine

1951-1953: Franklin e 1951-1953: Franklin e Wilkins: diffrazione ai raggi Wilkins: diffrazione ai raggi

X del DNA X del DNA

Struttura del DNA(II)Struttura del DNA(II) Franklin e WilkinsFranklin e Wilkins: dalla analisi : dalla analisi

cristallografica si evince che il DNA ha cristallografica si evince che il DNA ha struttura elicoidale e che si ripetono le struttura elicoidale e che si ripetono le misure di misure di 0.34 nm0.34 nm, , 3.4 nm3.4 nm, , 2nm2nm

Watson e CrickWatson e Crick ( (19531953) propongono un ) propongono un modello strutturale del DNA: due catene modello strutturale del DNA: due catene polinucleotidiche sono avvolte fra di loro polinucleotidiche sono avvolte fra di loro a costituire una a costituire una doppia elicadoppia elica. L’ . L’ impalcatura esterna è costituita da impalcatura esterna è costituita da zucchero-fosfato, mentre le basi azotate zucchero-fosfato, mentre le basi azotate si appaiano all’ interno. Ogni coppia di si appaiano all’ interno. Ogni coppia di basi dista dall’ altra 0.34 nm; ciascun basi dista dall’ altra 0.34 nm; ciascun passo dell’ elica comprende 10 b.p. passo dell’ elica comprende 10 b.p. (=3.4 nm); la larghezza è 2nm(=3.4 nm); la larghezza è 2nm

Le due catene hanno Le due catene hanno disposizione disposizione antiparallelaantiparallela

Appaiamento specifico delle Appaiamento specifico delle basibasi

La larghezza di 2 nm si La larghezza di 2 nm si concilia solo con l’ concilia solo con l’ appaiamento fra una appaiamento fra una purina ed una purina ed una pirimidinapirimidina

I legami ad H favorevoli I legami ad H favorevoli si hanno solo fra si hanno solo fra CGCG e e ATAT

Questo appaiamento Questo appaiamento specifico delle basi si specifico delle basi si accorda con i dati di accorda con i dati di CargaffCargaff

La sequenza delle basi La sequenza delle basi nelle due semieliche è nelle due semieliche è complementarecomplementare

Le possibili Le possibili sequenze sequenze nucleotidichenucleotidiche nelle nelle cellule sono infinite e cellule sono infinite e possono immagazzinare possono immagazzinare un enorme numero di un enorme numero di informazioni informazioni

Replicazione del DNA (I)Replicazione del DNA (I)

Nel modello di Watson e Crick “Nel modello di Watson e Crick “la la specificità dell’ appaiamento fra le specificità dell’ appaiamento fra le basi, suggerisce immediatamente un basi, suggerisce immediatamente un possibile meccanismo di copiatura del possibile meccanismo di copiatura del materiale geneticomateriale genetico””

Ciascun filamento di DNA può fungere Ciascun filamento di DNA può fungere da stampo per la copia del filamento da stampo per la copia del filamento opposto in una opposto in una replicazione replicazione semiconservativasemiconservativa

La prova sperimentale della La prova sperimentale della replicazione semiconservativa, si replicazione semiconservativa, si deve a deve a Meselson e StahlMeselson e Stahl ( (19581958) )

La replicazione semiconservativa La replicazione semiconservativa spiega la trasmissione delle spiega la trasmissione delle

mutazionimutazioni Le mutazioni possono Le mutazioni possono

insorgere come insorgere come cambiamento nella cambiamento nella sequenza di basi del sequenza di basi del DNADNA

La replicazione La replicazione semiconservativa semiconservativa permette alle mutazioni permette alle mutazioni di essere di essere tramandatetramandate alle cellule figliealle cellule figlie

In genere intervengono In genere intervengono efficienti efficienti sistemi di sistemi di riparoriparo, ma in media un , ma in media un errore su un miliardo errore su un miliardo non viene corretto non viene corretto durante la replicazionedurante la replicazione

Replicazione del DNA (II)Replicazione del DNA (II) E’ un processo complesso che richiede l’ E’ un processo complesso che richiede l’

intervento di moltissimi enzimi e di intervento di moltissimi enzimi e di energiaenergia

Innanzitutto le due semieliche del DNA Innanzitutto le due semieliche del DNA devono essere srotolate ad opera delle devono essere srotolate ad opera delle DNA elicasiDNA elicasi

Poi la singola elica deve essere Poi la singola elica deve essere stabilizzata finché non viene copiata, ad stabilizzata finché non viene copiata, ad opera delle opera delle proteine che legano il singolo proteine che legano il singolo filamento filamento (SSBP)(SSBP)

Nella regione adiacente a quella srotolata, Nella regione adiacente a quella srotolata, si crea un superavvolgimento, per cui si crea un superavvolgimento, per cui intervengono le intervengono le Topoisomerasi Topoisomerasi (I e II) che (I e II) che operano i tagli e poi risaldano i filamenti operano i tagli e poi risaldano i filamenti

Replicazione del DNA (III)Replicazione del DNA (III)

Le Le DNA DNA polimerasipolimerasi aggiungono aggiungono nucleotidi al 3’ nucleotidi al 3’ partendo da partendo da nucleosidi nucleosidi trifosfati ed trifosfati ed usando l’ energia usando l’ energia del PPdel PP

Il nuovo filamento Il nuovo filamento cresce sempre cresce sempre dal 5’ al 3’dal 5’ al 3’

Replicazione del DNA Replicazione del DNA (IV)(IV)

Le DNA polimerasi possono aggiungere Le DNA polimerasi possono aggiungere nucleotidi al 3’ di una catena nucleotidi al 3’ di una catena polinucleotidica preesistentepolinucleotidica preesistente

Nel punto di inizio della replicazione è Nel punto di inizio della replicazione è necessario un necessario un innescoinnesco, costituito da un , costituito da un RNA primerRNA primer (5-14 nucleotidi) che viene (5-14 nucleotidi) che viene sintetizzato dalla sintetizzato dalla RNA primasiRNA primasi (che (che copia RNA su DNA). Poi continua la DNA copia RNA su DNA). Poi continua la DNA polimerasipolimerasi

Infine il primer viene degradato da Infine il primer viene degradato da enzimi specifici e sostituito da DNAenzimi specifici e sostituito da DNA

Replicazione del DNA (V)Replicazione del DNA (V) I filamenti del DNA sono antiparalleliI filamenti del DNA sono antiparalleli La sintesi può avvenire solo dal 5’ al 3’ Su uno La sintesi può avvenire solo dal 5’ al 3’ Su uno

stampo 3’stampo 3’→→5’5’ La replicazione inizia in un punto preciso, l’ La replicazione inizia in un punto preciso, l’

origine di replicazioneorigine di replicazione ed entrambi i filamenti ed entrambi i filamenti vengono copiati nella vengono copiati nella forca di replicazioneforca di replicazione (ad (ad Y)Y)

La posizione della forca di replicazione cambia La posizione della forca di replicazione cambia continuamentecontinuamente

L’ estremità 3’ di uno dei filamenti si allunga in L’ estremità 3’ di uno dei filamenti si allunga in maniera continua verso la forca di replicazione maniera continua verso la forca di replicazione ((filamento guidafilamento guida))

L’estremità 3’ dell’ altro filamento si allunga in L’estremità 3’ dell’ altro filamento si allunga in maniera discontinua nella direzione opposta all’ maniera discontinua nella direzione opposta all’ avanzamento della forca (avanzamento della forca (filamento in ritardofilamento in ritardo))

Questi Questi frammenti di Okazakiframmenti di Okazaki (100-2000 (100-2000 nucleotidi) vengono riuniti dalla nucleotidi) vengono riuniti dalla DNA ligasiDNA ligasi

Le telomerasiLe telomerasi I cromosomi eucariotici hanno estremità libereI cromosomi eucariotici hanno estremità libere Le DNA polimerasi lavorano in maniera discontinua Le DNA polimerasi lavorano in maniera discontinua

sul filamento in ritardo e, all’ estremità del sul filamento in ritardo e, all’ estremità del cromosoma, lasciano una piccola porzione non cromosoma, lasciano una piccola porzione non replicatareplicata

Questo Questo DNA telomericoDNA telomerico che si perde ad ogni ciclo che si perde ad ogni ciclo cellulare, non contiene sequenze codificanti ma cellulare, non contiene sequenze codificanti ma sequenze ripetutesequenze ripetute

Il DNA telomerico può essere allungato dalla Il DNA telomerico può essere allungato dalla TelomerasiTelomerasi, particolare DNA polimerasi attiva nelle , particolare DNA polimerasi attiva nelle cellule in intensa replicazione (cellule germinali e cellule in intensa replicazione (cellule germinali e neoplastiche)neoplastiche)

La perdita di DNA telomerico sembra correlata al La perdita di DNA telomerico sembra correlata al processo della senescenza e la possibilità di processo della senescenza e la possibilità di interferire farmacologicamente con le telomerasi interferire farmacologicamente con le telomerasi apre prospettive nella terapia di malattie apre prospettive nella terapia di malattie degenerative e neoplastichedegenerative e neoplastiche