Struttura del DNA, duplicazione e traduzione.

a cura di Costantini D. e Famà G.

Struttura e funzioni della cellula

a cura di Bottiglia F. e Pelliccioni A.

STUDIO ASSISTITO DI BIOLOGIA

• La cellula è l’unità fondamentale di tutti i viventi

• Tutti gli organismi sono formati da cellule (gli organismi unicellulari sono formati da una sola cellula,gli organismi pluricellulari sono formati dall’unione di più cellule specializzate per compiere diverse funzioni)

• Ogni cellula deriva da una cellula preesistente (ogni cellula è in grado di produrre cellule uguali a se stessa attraverso la riproduzione)

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LA CELLULA

PROCARIOTE EUCARIOTE

• Senza nucleo distinto• Ridotto numero di organuli

• Nucleo distinto(presente la membrana nucleare)

• Numerosi organuli

ANIMALE VEGETALE

Nelle cellule procariote il materiale genetico (DNA) non è delimitato da una membrana nucleare, è costituito da un unico filamento situato in una zona chiamata nucleoide.

Nelle cellule eucariote il materiale genetico è presente sotto forma di filamenti chiamati cromatina ed è racchiuso da una membrana nucleare provvista di pori.

All’interno del nucleo è presente il nucleolo, organulo responsabile della sintesi dell'RNA e sito di costruzione dei ribosomi. Si tratta di una struttura fibrosa e è ben visibile al microscopio elettronico in quanto ha una colorazione scura e appare come insieme di piccoli granuli.

LA CELLULAè costituita da:

MEMBRANAPLASMATICA

MATERIALENUCLEARE

CITOPLASMA(citosol + organuli)

Mitocondri Ribosomi

Apparato di GolgiReticolo endoplasmatico

(liscio e rugoso)

Lisosomi e vacuoli Cloroplasti

CitoscheletroRitorna a

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Il mitocondrio è delimitato da una doppia membrana; quella interna è ripiegata formando creste mitocondriali immerse nella matrice in cui sono presenti i ribosomi e filamenti di DNA.La principale funzione dei mitocondri è quella di produrre energia sotto forma di ATP, dalla demolizione dei carboidrati in ambiente aerobico (respirazione cellulare).

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Il ribosoma è formato da due sub unità di RNA e proteine; partecipa alla sintesi proteica ed è localizzato nel reticolo endoplasmatico rugoso.

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L’apparato di Golgi è costituito da un’insieme di sacchi appiattiti impilati e connessi tra loro.La principale funzione dell’apparato di Golgi è quella di “impacchettare” (conferire alle proteine una struttura terziaria o quaternaria) e smistare le sostanze prodotte dal reticolo endoplasmatico.I materiali prodotti vengono distribuiti attraverso vescicole di trasporto per mezzo dell’esocitosi.

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Il Reticolo endoplasmatico è costituito da una serie di tubuli o di sacchi all’interno dei quali avviene la produzione di sostanze utili alla cellula.Vi sono due tipi di reticolo, quello liscio e quello rugoso (per la presenza sulla sua superficie di ribosomi)Nel reticolo liscio si svolge la sintesi dei lipidi e metabolismo dei glucidi.Nel reticolo ruvido si svolge la sintesi proteica.

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I lisosomi, vescicole prodotte dall’apparato di Golgi come centro di digestione e di riciclaggio di molecole grazie alla presenza nel loro interno di enzimi digestivi.

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Il vacuolo è specializzato nel regolare la quantità d’acqua presente nella cellula (riserva idrica), garantendo così il turgore (rigonfiamento) che contribuisce al sostegno cellulare.

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Il cloroplasto è un organulo caratteristico delle cellule vegetali; delimitato da due membrane, presenta all’interno strutture discoidali, i tilacoidi, impilati, chiamati grani, contenenti clorofilla e immersi in una sostanza fluida chiamata stroma.Permettono la fotosintesi clorofilliana.

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Il citoscheletro è composto da filamenti e tubuli (microtubuli) che sostengono e assicurano una posizione ai singoli organelli. Conferisce una forma alla cellula.

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La membrana cellulare riveste, protegge la cellula e regola gli scambi con l’esterno. È formata da un doppio strato di fosfolipidi e proteine di membrana. I fosfolipidi sono molecole formate da una testa idrofila (solubile in acqua) e una coda idrofoba (non solubile in acqua). Le testa sono rivolte verso l’esterno del doppio strato. Le proteine (trans membranali) attraversano il doppio strato. Il modello che rappresenta la membrana è il mosaico fluido. Il colesterolo sulla superficie della membrana assicura la fluidità. Caratteristica fondamentale della membrana cellulare o plasmatica è la permeabilità selettiva. Gli scambi con l’ambiente esterno sono regolati dai processi di diffusione, osmosi, trasporto.Vai alla mappa

Diffusione: passaggio di molecole piccole (Acqua, Ossigeno, Anidride carbonica) seconde gradiente cioè da una maggiore a una minore concentrazione.

Osmosi: si verifica in presenza di una membrana semipermeabile che non si lascia attraversare dai soluti. Si osserva il passaggio dell’acqua contro gradiente cioè da un ambiente ipotonico (minor concentrazione) a un ambiente ipertonico (maggior concentrazione) nel tentativo di raggiungere l’equilibrio (soluzioni isotoniche)

Trasporto: avviene attraverso le proteine di membrana. Il trasporto può essere attivo o passivo. Si definisci trasporto passivo il passaggio di molecole attraverso la membrana senza spesa di energia, secondo gradiente (da una zona ipertonica ad una ipotonica). Si definisce passaggio attivo il passaggio di molecole attraverso la membrana con la spesa di energia sotto forma di ATP.

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Il citoplasma è la sostanza viscosa compresa tra la membrana cellulare e l'involucro nucleare; è formata da acqua, sali minerali e sostanze organiche, si definisce soluzione colloidale (citosol). In esso si trovano degli organuli adibiti alle varie funzioni che la cellula deve svolgere.

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1. Il DNA: struttura e funzioni

2. Duplicazione del DNA

3. Mutazioni genetiche

4. Trascrizione dell’informazione genetica

5. Sintesi proteica

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Il DNA: struttura e funzioniIl DNA, l’acido desossiribonucleico, è un polimero formato da quattro tipi diversi di nucleotidi; esso ha una struttura a doppia elica molto lunga e spiralizzata, frammentata da pioli costituiti dalle complementarità di basi azotate specifiche.

La funzione principale del DNA è trasportare l’informazione genetica attraverso le generazioni seppur con parziali cambiamenti dovuti allo scambio di geni durante il processo di duplicazione delle cellule che lo contengono

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forcelle

bolla

Punto d’origine

Basi azotate

appaiate

La duplicazione del DNA, durante la divisione cellulare, inizia da una specifica sequenza di nucleotidi detta punto d’origine della duplicazione sul quale comincia a svolgersi il doppio filamento con lo spezzamento dei legami idrogeno tra le basi azotate grazie ad enzimi come l’elicasi e la topoisomerasi. Si forma una bolla di duplicazione delimitata da strutture ad Y dette forcelle di duplicazione.

Su uno dei due filamenti, detto filamento stampo, scorre un ulteriore enzima, la DNA-polimerasi, che sintetizza il nuovo filamento e si occupa di correggere eventuali errori (azione di proofreading). La duplicazione avviene in entrambe le direzioni per questo è detta bidirezionale.

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Cambiamenti nella sequenza o nel numero dei nucleotidi nell’acido nucleico di una cellula o di un organismo sono detti mutazioni genetiche.

Esse possono dare origine alla sostituzione di un nucleotide con un altro (mutazione puntiforme), oppure a perdita durante la duplicazione di materiale genetico (delezione) oppure ad aggiunte di nucleotidi.

Le sostituzione di nucleotidi possono dar luogo a mutazioni di senso, in cui un amminoacido viene sostituito da un altro, o a mutazioni di non senso, in cui la sintesi proteica termina in un modo prematuro.

Le delezioni o le aggiunte di nucleotidi possono provocare spostamenti del sistema di lettura e la produzione di proteine nuove, che sfuggono alla correzione da parte dell’enzima DNA-polimerasi, ma di solito non sono funzionali.

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DNA: filamento stampo

RNA messaggero

Processo enzimatico per cui l’informazione genetica contenuta in un filamento di DNA viene utilizzata per specificare una sequenza complementare di basi in una molecola di RNA detta messaggero.L’RNA messaggero viene sintetizzato con lo stesso principio dell’accoppiamento di basi azotate che regola la duplicazione del DNA, ma il filamento è unico e da un’estremità procede verso l’altra in un completamento delle basi azotate rispetto al filamento stampo del DNA

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Successivamente alla trascrizione dell’RNA messaggero, questo acido nucleico esce dal nucleo e raggiunge il citoplasma in cui si lega ai ribosomi. Il filamento di RNA per prima cosa si lega alla subunità più piccola del ribosoma ponendo in evidenza il suo primo codone. Poi giunge l’RNA di trasporto che si colloca secondo il criterio “codone-anticodone” portando con sé il primo amminoacido (in genere è la metionina): si è formato il complesso d’inizio (mRNA, tRNA, subunità più piccola). Da qui giungono altri tRNA che trasportano altri amminoacidi che legandosi fra di loro creano una catena polipeptidica complementare all’informazione trasportata dal RNA messaggero.

Subunità più piccola

Subunità più grande

RNA messaggero

tRNA + ammin.

tRNA + ammin.

tRNA + ammin.

Leg. peptidicoCodone-anticodone

RIBOSOMA

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CN2H COOH

R

H

Gruppo amminico

Gruppo carbossilicoRadicale

Atomo di idrogeno

Atomo di carbonio

N2H

H2O

Legame peptidico

COOHCOOH

H2O

P

Base azotata

Zucchero a 5 atomi di C

I nucleotidi sono le unità che compongono un acido nucleico (RNA o DNA)

Molecola con proprietà basiche, contenente Molecola con proprietà basiche, contenente azoto. E’ una componente dei azoto. E’ una componente dei nucleotidinucleotidi che che formano gli acidi nucleici: può essere una formano gli acidi nucleici: può essere una purina o una pirimidina.purina o una pirimidina.

Una Una purinapurina presenta una struttura a due presenta una struttura a due anelli; esempi sono l’anelli; esempi sono l’adeninaadenina (A) e la (A) e la guaninaguanina (G). (G).

Una Una pirimidinapirimidina presenta una struttura ad un presenta una struttura ad un solo anello; esempi sono la solo anello; esempi sono la citosinacitosina (C)e la (C)e la timinatimina (T). (T).

Sequenza lineare di amminoacidi connessi da legami peptidici.

STRUTTURA PRIMARIA

STRUTTURA SECONDARIA

Foglio ripiegato o spirale prodotto dalla tensione degli atomi di CO e NH.

STRUTTURA TERZIARIA

Struttura tridimensionale prodotta da collegamenti tra i radicali ai lati degli

amminoacidi. Vengono creati i siti attivi.

Più catene polipeptidiche producono una QUARTA STRUTTURA tridimensionale, grazie alla presenza di tasche, in cui avvengono specifiche reazioni chimiche.

Molecola proteica globulare che catalizza una specifica reazione chimica accelerandola, abbassandone l’energia minima necessaria affinché avvenga un processo ovvero d’attivazione della reazione.

La regione di questa molecola che ha proprietà funzionali si chiama sito attivo, questa porzione aderisce al substrato, ossia la molecola su cui agisce tale enzima.Ogni enzima catalizza una specifica reazione senza modificare il bilancio energetico della reazione stessa, ma solo abbassandolo.

Con ciò l’enzima non si consuma

Alcuni enzimi sono capaci di assorbire l’energia di una reazione e di donarla in un’altra reazione

Reagente (o substrato) Reagente (o substrato)enzima