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Dogma Centrale della Biologia

• Il dogma centrale della biologia riguarda la struttura degli acidi nucleici, il DNA, le regole di Chargaff, l'eurocromatina e l'eterocromatina.

Struttura degli Acidi Nucleici

• Il DNA è composto da due filamenti antiparalleli avvolti in una doppia elica destrorsa, uniti da legami a idrogeno tra le basi azotate (3 tra G e C, 2 tra A e T).
• L'uracile si trova nell'RNA, mentre la timina si trova solo nel DNA.
• Lo zucchero del DNA è il desossiribosio, un ribosio privo di un gruppo idrossile sul carbonio 2.

DNA

• Il DNA può riprodursi fedelmente attraverso la replicazione, formando due molecole identiche di DNA da trasferire alle cellule figlie durante la divisione.
• Il DNA funge da depositario dell'informazione genetica e permette di convertire l'informazione da DNA a RNA tramite la trascrizione.

Regole di Chargaff

• Esiste un rapporto 1:1 tra le basi puriniche (adenina e guanina) e piramidiniche (timina e citosina) in una singola molecola di DNA: A+G = T+C.
• In una molecola di DNA, la percentuale di timina è uguale a quella di adenina, e la percentuale di guanina è uguale a quella di citosina (A=T e G=C).
• Questa regola non si applica al DNA mitocondriale, cloroplasti, RNA e DNA a singolo filamento.

Eurocromatina ed Eterocromatina

• La cromatina è contenuta nel DNA complessato con proteine basiche chiamate istoni.
• Esistono due forme di cromatina:
  • Eurocromatina: meno condensata e rappresenta lo stato attivo del DNA, trascrivibile; si trova in cellule attive nella sintesi proteica, come neuroni, ovociti e cellule staminali.
  • Eterocromatina: più condensata e rappresenta lo stato inattivo del DNA; si divide in costitutiva (sempre condensata) o facoltativa (varia in base allo stato di differenziamento cellulare).
• Il DNA si organizza in nucleosomi, unità base della cromatina costituite da un complesso di 8 istoni avvolti da un tratto di DNA.
• Il cromosoma rappresenta la forma più condensata della cromatina, visibile solo durante la divisione cellulare.

Replicazione del DNA

• La replicazione del DNA porta alla formazione di due molecole identiche di DNA ed è definita semiconservativa.
• Da una doppia elica madre si ottengono due doppie eliche figlie.

Partecipanti alla Replicazione

• Elicasi: rompe i legami a idrogeno tra le basi, formando la forcella di replicazione.
• SSB proteina: si lega ai singoli filamenti per evitare il riappaiamento delle basi.
• Primasi: sintetizza un filamento di RNA (primer).
• DNA polimerasi III: sintetizza il filamento di DNA a partire da nucleosidi trifosfato, in direzione 5'-3'.
• DNA polimerasi I: corregge gli errori della DNA polimerasi III e rimuove il primer.
• Ligasi: lega fra loro i frammenti di Okazaki.

Processo di Replicazione

• L'elicasi svolge e apre i due filamenti rompendo i legami a idrogeno (topoisomerasi).
• Le SSB stabilizzano la molecola in conformazione aperta.
• La primasi sintetizza un RNA primer su entrambi i filamenti.
• La DNA polimerasi III aggiunge le basi esclusivamente in direzione 5'-3'.
  • Essendo i due filamenti antiparalleli, la sintesi procede in modo continuo sul filamento leading (3'-5').
  • Sul filamento lagging (5'-3'), la replicazione procede in modo discontinuo, con la sintesi di frammenti di Okazaki.
• La DNA polimerasi I rimuove e sostituisce l'RNA primer con DNA
• La ligasi lega tra loro i frammenti discontinuo (Okazaki) creando un filamento unico.

Processi Contemporanei

• Svolgimento dei superavvolgimenti tramite topoisomerasi, per prevenire l'arresto della replicazione. Durante la replicazione, la topoisomerasi taglia, ruota, e lega in modo da ridurre il superavvolgimento.
• Proofreading da parte della DNA polimerasi I, per correggere gli errori di appaiamento delle basi in direzione 3'-5'.

Trascrizione del DNA

• La trascrizione è un processo biologico in cui l'informazione genetica contenuta nel DNA viene trasferita in una molecola di RNA messaggero (mRNA).

Tipi di RNA

• mRNA messaggero: trasporta l'informazione genica dal nucleo al citoplasma per la sintesi delle proteine.
• rRNA ribosomiale: viene trascritto nei nucleoli e si assembla con altre proteine per formare le subunità ribosomiali.
• tRNA transfer: riconosce e permette la traduzione dell'mRNA a livello dei ribosomi.

Processo di Trascrizione (tre fasi)

• Inizio: fattori di trascrizione riconoscono e legano il sito promotore, permettendo l'aggancio della RNA polimerasi.
• Allungamento: la RNA polimerasi sintetizza un trascritto complementare al filamento di DNA in direzione 5'-3', sostituendo la timina con l'uracile.
• Terminazione: si arresta la polimerizzazione, avviene il distacco dell'enzima e dell'RNA (trascritto primario).

Regolazione della Trascrizione

• Enhancer: regioni del DNA che favoriscono la trascrizione di un gene.
• Silencer: regioni del DNA che inibiscono l'attività trascrizionale.

Maturazione del Trascritto Primario (solo negli eucarioti)

• Capping: aggiunta di una guanosina modificata all'estremità 5'.
• Poliadenilazione: aggiunta di una sequenza di adenosina all'estremità 3'.
• Splicing: rimozione degli introni (regioni non codificanti) e unione degli esoni (regioni codificanti).
• Splicing alternativo: rimozione di alcune regioni esoniche per creare proteine diverse da una stessa sequenza di DNA (isoforme proteiche).

Traduzione dell'RNA

• La traduzione è il processo in cui il messaggio codificato nell'mRNA viene convertito in una proteina. Si verifica nel citoplasma delle cellule eucariote e contemporaneamente alla trascrizione nei procarioti.

Codice Genetico

• Il codice genetico è l'insieme delle regole per tradurre l'informazione genica.
• La sequenza di mRNA è suddivisa in triplette di basi azotate chiamate codoni, che corrispondono a specifici amminoacidi.
• 61 codono codificano gli amminoacidi, mentre 3 sono codoni di stop (UAA, UAG, UGA).
• Degenerato: più triplette codificano per lo stesso amminoacido.
• Universale: valido in tutte le forme di vita.

Partecipanti alla Traduzione

• mRNA
• Ribosomi: complessi costituiti da due subunità che si uniscono legandosi all'mRNA.
• tRNA: trasporta amminoacidi specifici e possiede un anticodone complementare al codone sull'mRNA.
• Amminoacil-tRNA-sintetasi: enzima che lega un amminoacido al suo tRNA.
• Fattori di inizio, allungamento e terminazione.

Processo di Traduzione

• Inizio: la subunità minore del ribosoma si lega all'mRNA, seguita dal tRNA iniziatore (con metionina) e dalla subunità maggiore, formando il complesso di inizio (tRNA nel sito P).
• Allungamento: un nuovo tRNA si posiziona nel sito A, la peptidil-transferasi catalizza il legame peptidico tra gli amminoacidi, e il tRNA si sposta dal sito P al sito E, liberando il sito A.
• Terminazione: un fattore di rilascio si lega al codone di stop nel sito A, causando il rilascio della proteina e il disassemblaggio del complesso.

Modifiche Post-Traduzionali

• Proteolisi: rottura del polipeptide.
• Glicosilazione: aggiunta di zuccheri (formazione di glicoproteine).
• Fosforilazione: aggiunta di gruppi fosfato.

Degradazione Intracellulare delle Proteine

• Il sistema proteasoma-ubiquitina degrada le proteine danneggiate o non più necessarie.
• Le proteine da degradare vengono ubiquitinizzate, marcandole per il proteasoma.

Trascrizione e Traduzione nei Procarioti

• Nei batteri, trascrizione e traduzione avvengono contemporaneamente nel citoplasma.

Operoni

• La regolazione genica nei procarioti si basa sugli operoni, unità funzionali del DNA con:
  • Promotore: regione di legame per la RNA polimerasi.
  • Operatore: regione di legame per il repressore.
  • Geni strutturali: geni che codificano le proteine batteriche.

Operone LAC

• L'operone LAC in Escherichia coli è un esempio di regolazione genica in risposta alla presenza o assenza di lattosio.
  • Assenza di lattosio: il repressore blocca la trascrizione.
  • Presenza di lattosio: il lattosio inattiva il repressore, permettendo la trascrizione dei geni strutturali per il metabolismo del lattosio.

Virus

• I virus sono parassiti endocellulari obbligati, capaci di riprodursi solo all'interno di una cellula ospite.
• La loro dimensione varia tra 10 e 300 nm e contengono DNA o RNA (a singolo o doppio filamento) racchiuso in un capside proteico.
• Alcuni virus hanno un envelope fosfolipidico derivato dalla cellula ospite.

Cicli Virali

• Ciclo litico: il virus si replica rapidamente all'interno della cellula, causandone la lisi e il rilascio di nuovi virioni.
• Ciclo lisogeno: il materiale genetico virale si integra nel DNA della cellula ospite e viene replicato passivamente con essa.

Retrovirus

• I retrovirus sono virus a RNA che utilizzano la trascrittasi inversa per produrre DNA complementare.
• Il DNA virale si integra nel genoma della cellula ospite e viene trascritto e tradotto.
• HIV è un esempio di retrovirus che provoca l'immunodeficienza acquisita.