IPOTESI UN GENE-UN ENZIMA

DNA: contiene tutte le informazioni per definire lo sviluppo e la fisiologia della cellula: ma come svolge questa funzione?

Beadle e Tatum (1941): studiando mutanti della comune muffa del pane formularono ipotesi

“un gene-un enzima”

“un gene-una proteina”

“un gene-una catena polipeptidica”

Dai Geni alle Proteine: RNA Il passaggio dai geni (nucleo) alle proteine (citoplasma)

è reso possibile grazie all’intervento dell’RNA!

RNA o acido ribonucleico, anch’esso formato da una sequenza lineare di nucleotidi.

Il messaggio contenuto in un gene viene trascritto, copiato, sotto forma di RNA, nel nucleo, in un processo chiamato trascrizione.

l’RNA si trasferisce poi dal nucleo al citoplasma dove il messaggio che esso trasporta viene usato per sintetizzare una proteina (traduzione).

Il flusso dell’informazione biologica va dunque sempre dal DNA all’RNA, alle proteine:

DOGMA CENTRALE DELLA BIOLOGIA MOLECOLARE

Dogma centrale della BIOLOGIA

Dogma centrale della BIOLOGIA

STRUTTURA DEL DNA

STRUTTURA DEL RNAL’RNA differisce dal DNA per alcune caratteristiche:

Lo zucchero pentoso è il ribosio anziché il desossiribosio

È costituito da una filamento singolo anziché da una doppia elica

Contiene quattro basi azotate, tre delle quali (A,G e C) uguali a quelle del DNA e una diversa: al posto della timina troviamo l’uracile (U), che al pari della timina si appaia con l’adenina.

Negli eucarioti l’RNA è sintetizzato nel nucleo, ma svolge i suoi compiti nel citoplasma

RNA

esiste nella forma di catena

poliribonucleotidica a SINGOLO

FILAMENTO

Nucleotide:

Zucchero ribosio

Gruppo fosfato

Base azotata (A, G, C, U)

Esistono diversi tipi di RNA:

1- RNA ribosomiale (rRNA): elemento costitutivo dei ribosomi

2-RNA messaggero (mRNA ): trasporta l’informazione genetica dalDNA al citoplasma, dove vengono sintetizzate le proteine.

3- RNA di trasferimento (tRNA): trasporta gli aminoacidi liberi nelcitoplasma ai ribosomi, durante la sintesi proteica, e serve pertradurre l’informazione contenuta nella sequenza nucleotidicadell’mRNA in una sequenza di aminoacidi

4- altri RNA: trascritto primario hnRNA (RNA eterogeneo nucleare),snRNA (piccolo RNA), siRNA, miRNA, ed altri RNA che partecipanoa diversi processi cellulari

Processo mediante il quale l’informazione contenuta in un gene viene copiata (trascritta) in un molecola di RNA messaggero.

La sintesi dell’mRNA è catalizzata da un gruppo di enzimi, il più importante dei quali è l’RNA Polimerasi.

Il processo è diverso in procarioti ed eucarioti

Nei procarioti trascrizione e traduzione sono contemporanee

Entrambe avvengono

nel citoplasma e

l’mRNA neoprodotto è

immediatamente

utilizzato per la sintesi

proteica.

Negli eucarioti il messaggio viene così espresso

RNA POLIMERASI

La trascrizione

RNA polimerasi L’enzima responsabile della

formazione dei legami fosfodiesterei dell’RNA

Richiede:-RNA polimerasi-DNA stampo, il filamento codificante-Ribonucleosidi trifosfati (ATP, CTP; GTP, UTP)

Per iniziare la sintesi l’RNA polimerasi si lega ad una sequenzaspecifica sul DNA (promotore); un’altra sequenza specifica(segnale di terminazione) indica il punto di arresto dellatrascrizione.

Nel punto di attacco dell’enzima i due filamenti di DNA siaprono ed uno di essi funziona da stampo per la sintesi di unamolecola di mRNA ad esso complementare. L’RNA polimerasisi sposta lugo il DNA stampo aggiungendo ribonucleotidiall’estremità 5’ (direzione trascrizione 5’→ 3’)

Trascrizione: sintesi di RNA diretta da DNA

PROMOTORESEQUENZA DI

TERMINAZIONE

SEGNALI DI INIZIO DELLA TRASCRIZIONE

INIZIO DELLA TRASCRIZIONE

FASE DI ALLUNGAMENTO

FASE DI ALLUNGAMENTO

FINE DELLA TRASCRIZIONE

FINE DELLA TRASCRIZIONE

Il meccanismo della trascrizione

REGOLAZIONE DELLA TRASCRIZIONE

DIREZIONE DELLA TRASCRIZIONE

GLI RNA CONTENGONO SEQUENZE NON CODIFICANTI

MATURAZIONE DEGLI RNA EUCARIOTICI

1. Conferisce maggiore stabilità all’mRNA (lo protegge da degradazione operata da RNAasi)

2. Rappresenta il sito di legame del ribosoma all’mRNA

Cap al 5’: riconoscimento da parte di ribosomi

PoliA al 3’: protezione e trasporto

I geni eucarioti sono interrotti da sequenza non codificanti (introni)…

Splicing

SPLICING degli mRNA eucariotici

VANTAGGI DELLA PRESENZA DI INTRONI

TRASCRIZIONE: PROCARIOTI/EUCARIOTI

Traduzione dell’mRNA:IL CODICE GENETICO

CODICE GENETICO

Contiene un segnale di inizio: rappresentato dal codone AUG (che codifica per l’aa metionina)

Contiene segnali di fine lettura, rappresentati da codoni di stop (o codoni non senso)

Non è ambiguo: un dato codone specifica sempre un unico aa. Es. il codone AUU codifica sempre l’isoleucina.

È ridondante (o degenerato): quasi tutti gli aminoacidi sono specificati da più di un codone. Es. Isoleucina codificata da AUU, AUC, AUA

È universale: valido per tutti gli organismi con pochissime eccezioni.

Codice genetico: degenerato, universale, non ambiguo

La degenerazione spesso segue alcune regole:

•codoni con la prima base differenti codificano per lo stesso aminoacido o per altri

simili;

•codoni che differiscono per la seconda base codificano per aminoacidi simili;

•codoni che differiscono per la terza base codificano per lo stesso aminoacido.

Traduzione

RNA messaggero mRNA

RNA di trasferimento tRNA

Aminoacidi aminoacil-tRNAsintetasi

codice genetico

Ribosomi proteine-rRNA

tRNA

Struttura del tRNA RNA di trasferimento

70-90 nucleotidi

Aminoacil-tRNA sintetasi

STRUTTURA DEI RIBOSOMI

STRUTTURA DEI RIBOSOMI

Struttura generale dei ribosomi degli eucarioti e dei procarioti

Procarioti Eucarioti

Ribosomi assemblati 70S 80S

Subunità maggiore 50S 60S

minore 30S 40S

Proteine maggiore 31 50

minore 21 33

rRNA maggiore 23S+5S 28S+5,8S+5S

minore 16S 18S

Le singole molecole di rRNA (tranne la 5 S) vengono sintetizzate nei nucleoli come RNA

45 S.

STRUTTURA DEI RIBOSOMI

Avviene nel citoplasma a livello del ribosomaProcesso rapido: polipeptide di 100 aminoacidi sintetizzato in pochi minuti

Si realizza in 3 fasi:-inizio (fattori di inizio, IF)-allungamento (fattori di allungamento, EF)-terminazione (fattori di terminazione, RF)

Il codone di inizio è AUGSequenza di Shine e Dalgarno nei Procarioti

Aminoacil-tRNA specifiche attivano gli aminoacidi legandoli al proprio tRNA

TRADUZIONE O SINTESI PROTEICA

POLIRIBOSOMI

PROTEINE CHAPERONE

Procarioti

Trascrizione e traduzione contemporanee

La trascrizione inizia quando la RNA polimerasi si lega al promotore

RNA polimerasi (’)

Promotore (-35, -10)

rRNA: 16S, 23S, 5S

mRNA policistronico (informazione per più geni)

Eucarioti

Trascrizione nucleare Traduzione citoplasmatica

RNA polimerasi non si lega al promotorefinchè altre proteine (TF, fattori di trascrizione) non si sono legate

RNA polimerasi I (rRNA)RNA polimerasi II (mRNA)RNA polimerasi III (tRNA)

Promotore (TATA box) e sequenze regolatrici

rRNA: 18S, 28S, 5.5S, 5S

Splicing alternativo mRNA

MUTAZIONI Cambiamenti improvvisi ed ereditabili del

patrimonio ereditario

Mutazioni geniche: interessano un singolo gene

Mutazioni cromosomiche: quando riguardano un cromosoma

Mutazioni genomiche: quando riguardano l’intero patrimonio ereditario (spesso incompatibili con la vita)

MUTAZIONI

Le mutazioni sono fenomeni casuali e spontanei abbastanza rari.

Il tasso di mutazione spontanea varia da specie a specie, e all’interno della stessa specie, da gene a gene.

In base al suo effetto una mutazione può essere definita:

Vantaggiosa: se aumenta le probabilità di sopravvivenza dell’individuo

Svantaggiosa: se la diminuisce

Neutra: se non la modifica

Mutazioni geniche

Alterazioni della sequenza nucleotidica del DNADiversità genetica su cui agisce la selezione naturale

Mutazioni puntiformi: sostituzione, delezione o aggiunta di una base

• Silenti (degenerazione del codice genetico)•Missenso (un aminoacido viene sostituito con un altro)• Non senso (comparsa di un codone di stop, UAA, UGA, UAG)• Frame-shift (spostamento della griglia di lettura per

inserimento o rimozione di una singola coppia di basi)

Le mutazioni silenti o sinonime si verificano quando la

sostituzione di una base azotata in una sequenza di DNA non

determina variazione della frequenza amminoacidica della

proteina interessata (il codone mutato codifica per lo stesso

aminoacido→ degenerazione codice genetico)

MUTAZIONE SILENTE

MUTAZIONE MISSENSO

Dà origine ad un codone che codifica per una aminoacido diverso da

quello originario

ANEMIA FALCIFORME

Mutazioni puntiformi

MUTAZIONE NON SENSO

Dà origine ad uno dei tre codoni di stop che segnalano l’arresto

della sintesi della proteina. Hanno sempre effetti gravissimi.

MUTAZIONI FRAME-SHIFT

La perdita o l’aggiunta di un nucleotide hanno come effetto lo

spostamento della griglia di lettura in modo da alterare tutto il

filamento polipeptidico a valle della mutazione. Effetti molto gravi.

• Delezioni (perdita di materiale genetico)

• Inversioni (rimozione e successivo inserimento in direz.opposta)

• Duplicazioni (due copie della stessa informazione genetica)

•Traslocazioni (spostamento di DNA su un altro cromosoma)

Mutazioni cromosomiche: cambiamenti di rilevanti dimensioni

Mutazioni cromosomiche