Struttura degli Acidi Nucleici

Ecco gli appunti di studio dal testo fornito:

Struttura degli Acidi Nucleici e Generalità

• Gli acidi nucleici sono polimeri di nucleotidi.
• I nucleotidi sono uniti da legami covalenti fosfodiesterici tra il C5' e il C3' degli zuccheri.
• I gruppi coinvolti nel legame sono il fosfato del C5 del deossiribosio e il 3' OH del deossiribosio successivo.
• Un nucleotide deve avere un 5' fosfato e un 3' OH libero per essere utilizzato nella sintesi di RNA o DNA.
• Il 3' OH libero è un sito accettore del legame con il fosfato.
• La sintesi operata da enzimi cellulari richiede che il nucleotide abbia il 3' OH disponibile.
• L'assenza del 3' OH blocca la sintesi, un principio sfruttato nel sequenziamento.
• Il sequenziamento Sanger usa l'interruzione di catena tramite una sintesi in vitro di DNA.
• Si determina la presenza di nucleotidi usando una miscela di nucleotidi normali e nucleotidi senza 3' OH.
• I marcatori radioattivi o fluorescenti rivelano la posizione e il tipo di nucleotide, permettendo la lettura della sequenza.
• Il DNA è convenzionalmente rappresentato da 5' a 3', con il 5' a sinistra e il 3' a destra.
• Questa rappresentazione riflette la sintesi del DNA e la sua trascrizione, che a sua volta influenza la sintesi proteica se la sequenza è codificante.
• I nucleotidi sono trifosfati, molecole ad alta energia.
• L'energia è immagazzinata nei legami fosfoanidridici tra fosforo e ossigeno.
• Questa energia alimenta le reazioni chimiche cellulari.
• Un deossiribonucleotide monofosfato con un singolo fosfato forma un legame fosfodiestere con un altro nucleotide, unendo l'estremità 5' alla 3'.
• La differenza principale tra DNA e RNA è lo zucchero pentoso: deossiribosio in C2 nel DNA e ribosio nell'RNA.
• Un'altra differenza è la base azotata: l'RNA ha uracile invece di timina.
• La timina è un uracile con un gruppo metile in più.
• Si ipotizza che il gruppo metile nella timina prevenga l'uscita del DNA dal nucleo, a differenza dell'RNA messaggero.
• Questo processo permette la traduzione nel citoplasma.

Storia della Scoperta del DNA

• La scoperta del DNA e della sua struttura è recente.
• Gli esperimenti di Griffith, combinati con quelli di Avery, McLeod e McCarthy, hanno identificato il DNA come principio trasformante.
• Griffith utilizzò due ceppi batterici di streptococco che causano la polmonite: uno ruvido e uno liscio.
• L'iniezione di batteri con involucro liscio causava polmonite e morte nei topi.
• I batteri uccisi tramite calore non causavano malattia o decesso.
• I batteri ruvidi vivi non causavano effetto.
• La combinazione di batteri patogeni uccisi più un ceppo ruvido vitale causava polmonite e la presenza del ceppo liscio vitale.
• Griffith dedusse l'esistenza di un principio trasformante che rende patogeni i batteri non patogeni.
• Avery, McLeod e McCarthy identificarono gli acidi nucleici come molecole trasformanti.
• Isolarono componenti proteiche, lipidiche e di acidi nucleici da un ceppo batterico.
• Soltanto l'incubazione dei batteri con acidi nucleici causava la trasformazione in virulenti.
• Dunque, gli acidi nucleici possiedono l'informazione necessaria per alterare il fenotipo dei batteri.
• Chargaff analizzò le percentuali di nucleotidi nei genomi di vari organismi.
• Scoprì che il rapporto A+G/T+C è sempre vicino a 1.
• Il rapporto non era uguale ad 1 con altre combinazioni.
• Da ciò derivarono le regole di Chargaff.
• La composizione delle basi del DNA varia tra le specie.
• Molecole di DNA da tessuti diversi della stessa specie hanno la stessa composizione.
• La composizione delle basi del DNA di una specie non cambia con l'età, lo stato nutrizionale o variazioni ambientali.
• In ogni molecola di DNA:
  • il numero di residui di adenina è uguale a quello di timina
  • il numero di residui di guanina è uguale a quello di citosina

Diffrazione ai Raggi X e Modello di Watson e Crick

• Franklin produsse la prima immagine radiografica del DNA nel laboratorio di Wilkins.
• Watson e Crick interpretarono l'immagine.
• La tecnica utilizzava raggi X diretti su un cristallo di DNA.
• Un filtro di piombo con un foro assicurava che solo i raggi perpendicolari raggiungessero il campione.
• I raggi diffratti venivano raccolti su una lastra fotografica.
• Le zone più scure indicavano maggiore densità atomica.
• Si dedusse che il DNA è un'elica regolare in base alla posizione degli spot nell'immagine.
• Lo scheletro fosfato-ribosio è all'esterno e appare come la regione più scura.
• Watson e Crick costruirono un modello tridimensionale basato sull'immagine di Franklin.
• Il DNA è composto da due eliche avvolte a destra intorno allo stesso asse.
• Lo scheletro idrofilico si trova all'esterno.
• Le basi azotate sono impilate all'interno, perpendicolari all'asse longitudinale.
• La relazione spaziale crea una scanalatura maggiore e una minore.

Appaiamento delle Basi e Struttura del DNA

• Ogni base di una catena è appaiata con una base dell'altra catena sullo stesso piano.
• L'adenina è sempre legata alla timina tramite due legami idrogeno.
• La guanina è sempre legata alla citosina tramite tre legami idrogeno.
• Le due catene dell'elica sono antiparallele e complementari.
• Crick e Wilkins ricevettero il Nobel per queste scoperte.
• Il passo dell'elica è 3.4 nanometri.
• La distanza tra le coppie di nucleotidi successivi è 0.34 nm.
• Lo spessore del DNA è 2 nm.
• Queste misure vengono sfruttate durante la replicazione per rilevare errori nella sequenza.
• La struttura del DNA crea un solco maggiore e uno minore.
• I solchi sono siti di interazione con proteine.
• Le proteine con "zinc fingers" hanno un'alfa elica che si inserisce nel solco maggiore.
• Residui di istidina interagiscono con l'atomo di zinco, mantenendo l'elica saldamente posizionata.
• Lo zinco interagisce con residui di cisteina su foglietti beta antiparalleli.
• Le interazioni distorte causano anomalie che la cellula riconosce e corregge.
• La molecola del DNA appare come una circonferenza regolare con scheletri di zucchero-fosfato all'esterno.

Strutture del DNA

• Le basi azotate sono disposte verso l'interno e perpendicolari all'asse della molecola.
• La sovrapposizione interna assicura interazioni corrette e stabilizza la struttura.
• Il DNA è composto da due polimeri di deossiribonucleotidi avvolti ad elica destrorsa e antiparalleli.
• Le due eliche si appaiano in modo complementare.
• In natura è più comune la forma B-DNA ad elica destrorsa.
• La complementarietà delle basi permette alle eliche di aderire strettamente.
• I gruppi fosfato sono esterni e carichi negativamente.
• Le regioni apolari contenenti le basi azotate sono interne.
• oltre alla struttura B esiste la struttura A, che è più schiacciata e ha una sezione trasversale maggiore.
• La struttura interna della forma A è diversa e ha un foro interno.
• La forma Z è stirata e ha le basi compattate al centro.

Triple Eliche e DNA a Forcina

• La tripla elica è una conformazione locale del DNA.
• Una terza elica si inserisce nelle due eliche fondamentali.
• Localmente, il DNA può formare strutture particolari come quella a forcina.
• Le sequenze possono essere identiche e invertite.
• Nel DNA a forcina, una porzione del DNA si risolve nelle due eliche e le regioni complementari si appaiano su sé stesse.
• La regione che si appaia non fa parte del filamento complementare, ma del singolo filamento e forma un loop.
• Nella tripla elica, una porzione del DNA denatura e una delle eliche si inserisce nel solco maggiore.
• Si crea un'elica a tre strand che interagisce tramite legami idrogeno irregolari.
• Questi legami sono rischiosi per il DNA in quanto non è protetto.
• La citosina interagisce preferenzialmente con la guanina, ma può interagire anche con altre basi.
• Le basi impilate stabilizzano la struttura.

RNA

• RNA sta per acido ribonucleico.
• I nucleotidi dell'RNA hanno ribosio come zucchero, con un gruppo -OH sul C2.
• Si pensa che l'RNA sia tra le prime molecole formatesi sulla terra.
• L'RNA ha una composizione più variabile rispetto al DNA.
• Nelle sequenze di RNA è presente l'uracile al posto della timina.
• è meno stabile del DNA.
• Ha quattro tipi principali con funzioni uniche:
  • mRNA: è trascritto e tradotto in proteine.
  • tRNA: lega gli amminoacidi nel processo di traduzione.
  • rRNA: ha un'attività enzimatica.
  • ncRNA: non viene tradotto.
• l'uracile interagisce con l'adenina nello stesso modo della timina.
• l'RNA dà luogo a strutture secondarie grazie alla complementarità tra le basi.
• Le basi dello stesso filamento si appaiano formando avvolgimenti, per esempio il tRNA.
• L'RNA viene sintetizzato in direzione 5' → 3' durante la replicazione del DNA.
• Gli enzimi che lo fanno sono l'RNA sintasi e l'RNA polimerasi, usando uno stampo di DNA.
• Un accoppiamento sbagliato provoca una modificazione della distanza che l'apparato cellulare corregge.
• L'energia immagazzinata nei gruppi fosfato catalizza il legame.

Confronto tra DNA e RNA

• Lo zucchero è deossiribosio nel DNA e ribosio nell'RNA.
• I nucleotidi sono uguali tranne per l'uracile nell'RNA.
• Il DNA ha due strand, l'RNA uno.
• Il DNA è confinato nel nucleo mentre l'RNA si trova in diversi ambienti cellulari.
• Il DNA è stabile, mentre l'RNA è instabile grazie al gruppo OH sul C2 del ribosio.
• Le catene di DNA sono formate da milioni di nucleotidi contro le poche centinaia nei nucleotidi di RNA.
• il DNA ha la capacità di replicazione attraverso un dispositivo
• Il Dogma Centrale di Crick descrive il flusso di informazione genetica: DNA → RNA → proteina.
• La trascrittasi inversa può trasformare l'RNA in DNA.
• L'RNA retrotrascritto in DNA genera il cDNA.
• La relazione tra DNA e proteine è stabilita dal dogma centrale della biologia, con un gene per ogni proteina.

Organizzazione e Funzioni Cellulari

• Un organismo complesso organizza cellule in tessuti, poi in organi.
• Inizia con lo zigote, una cellula diploide data dall'unione di spermatozoo e cellula uovo.
• La singola cellula prolifera e si differenzia nei diversi tessuti.
• La differenziazione fa sì che le cellule svolgano determinate funzioni.
• La cellula persegue due obiettivi fondamentali: la crescita e la differenziazione.
• Il differenziamento può portare alla perdita del nucleo.
• Le cellule si relazionano dinamicamente tra loro.
• I meccanismi di crescita e differenziazione sono regolati e integrati, assicurando l'omeostasi cellulare.
• I programmi di crescita e differenziamento sono geneticamente determinati e vengono usati in tempi differenti.
• Il DNA trasferisce informazione genetica da una generazione all'altra mentre l'RNA trasferisce informazione all'interno della cellula.
• Le sequenze di DNA codificante vengono trascritte in mRNA.
• Le proteine sono le molecole effettrici dei caratteri fenotipici.

Cromosomi, Genoma e Ereditarietà

• Il fenotipo è qualsiasi caratteristica dell'organo o dell'organismo.
• Il DNA genera DNA identico a sé stesso e passa all'RNA tramite trascrizione, poi a proteine tramite traduzione.
• La sequenza di nucleotidi che sintetizza una proteina è detta gene.
• Il genoma è l'insieme delle sequenze nucleotidiche nel DNA.
• Il genoma umano è diploide: due copie di DNA con sequenze omologhe ma non identiche.
• Una copia è di origine paterna, l'altra materna.
• Il canotipo è composto da 23 coppie di cromosomi.
• 22 sono autosomi, l'ultima coppia determina il sesso: XX femmina, XY maschio.
• Colori specifici evidenziano la struttura del DNA, in base a come è "impacchettata" l'informazione.
• L'analisi del cariotipo può rivelare anomalie basate sulle dimensioni dei cromosomi.
• Anomalie nel corredo cromosomico possono causare sindromi come la trisomia 21.
• Nel 2001 è stata sequenziata la prima sequenza completa del genoma
• Il genoma umano contiene 6,4x10⁹ paia di basi.
• Solo quello che è contenuto nel genoma rende complessi gli organismi.
• Tutto è contenuto nel nucleo, la cellula si divide e distribuisce DNA alle cellule figlie. - Il DNA lineare sarebbe lungo due metri.

Organizzazione dei Cromosomi

• I cromosomi sono strutture tridimensionali compatte formate da DNA e istoni.
• Il nucleosoma è la struttura di DNA avvolto attorno agli istoni
• Sul cromosoma eucariotico si possono riconoscere i telomeri (Estremità delle Catene) e il centromero.
• Quest'ultimo serve alla cellula nel momento in cui si troverà a dividersi.
• Gli istoni compattandosi danno forma al cromosoma.
• L'impacchettamento permette la creazione di DNA sulla collana.
• Il concatenamento DNA-PROTEINE viene definito Cromatina unita al DNA LINKER.
• lA DNAasi digerisce il DNA senza l’interazione con gli istoni.
• La collana di perle è formata da un filamento a doppia elica lungo a 146 paia di basi e un ottamero.
• Ottamero poiché costituito da otto subunità di quattro tipologie differenti: H2A, H2B, H3, H4.
• Il legame ISTONI E DNA è reso stabile dalla presenza di aminoacidi all interno della catena.
• Esistono 5 tipi di istoni, l’ultimo L istone serve a stabilizzare gli avvolgimenti.
• Associate sono presenti anche proteine per proteggere il DNA.

Elettroforesi su Gel e Analisi del DNA

• A contatto le DNAasi frammentano il DNA in multipli 240 basi.
• Il gel di agarosio forma un setaccio molecolare con maglie che rallentano il passaggio in MOLECOLE di DNA.
• Se il gel viene immerso in una soluzione con elettrodi, si muoveranno verso il segno opposto e il DNA, verso l’elettrodo positivo
• base della lunghezza del frammento Il setaccio molecolare.
• Se non è frammentato non si muove mentre se è frammentato via via aumenta.
• Se analizzo nel tempo i frammenti sono più piccoli, e il più piccolo sempre 270 .

Tecniche di Visualizzazione e Analisi del Genoma

• La tecnica DNA LAGGER visualizza la morte appaltato ICA e i DNA risultano in sequenze più piccole di 200 .il che indica morte APPALTATO CIA.
• Il DNA CELLULARE sinteticamente passa da una elica a una struttura.
• Core istonico filamenta e filamenta ancora nello spazio (di 30 nm, filamenta è ancora più denso.)fino ad avere i cromosomi mitoticic (1400nm).
• Cio che differenzia le altre specie non e la lunghezza ma come è organizzato.
• Il Confronto nello scimpanzè: La diversita’ nei nei nucleotidi e di 1/ 23% e un genoma uguale ha 99, 98 e le diversita 99 e 99 ,99999.
• tra quelli non identici la diversita e di 91.98 %.

Sequenziamento del Genoma Umano e Medicina Personalizzata

• Il sequenziamento utile anche e non c’è la chiave di lettura;Se fossero ricavate si po trebbe capire in quali si e’ piu suscettibili.
• Aiuta in ambito medicato per capire in cosa e perche i PAZIENT NON rispondo Al FARMACO. Si individui pazienti in cai e’ meno tossico o con più benifici;
• In cuai e tossico con bassi benifici e cuai no tassico e no benefico e cuai e’ il contrario
• capendo questo si fare prevenzione con TERAPIE’ ad individuo

Epigenetica e Controllo dell'Espressione Genica

• Non i GEJI solo e ruolo delle pigenetica/ ESEMPI bruco e farfalla e poi gemelli Che presentano differenze.
• L’epigenetica sono quei cambi ER EDITARI che REGARDO l espressiome che NON si REGARDO alle modIFICHE di DNA cambio dl fenotipo in DNA
• Tutta va una serie di sintomi che si ricomunicano in problema collegato.

Strutture e Funzioni Geniche

• In ogni gene c’è un REGO at ore transizione /Promotore Che sono sia codificante con un 5% il resto formato da non CODIFICAVTE TRA Un Genente all ALTRO.
• Quelle codificanti EZONE e quelli NON CODIFICANTI INRONi: Gli ezone sono quelli trascritte in RNA che creano le Proteine
• IL DNA verrà trascritta in m RVA , e’maturata e avra dei procedimenti per rimuovere gli INTERNI.

Confronto Genomico e Sequenze Ripetute

• I BATTERI CODIFICANTI SONO tante con POCHII IN RONI.
• Si sono avuti del teorie con gran numero e SE deleti ci INTERS si andava in in roteine.
• iL MIRNA per regole l’ espressione / in rione o i puo essere al pari di una zione .
• il genoma ci son Circa 25000 geni
• il dna e CSTITUTITO da segmenti sequenziali . Sequenze di DNA alte rip:Sequenza ALU 300 pa e unito con di RESTRIZIONE.
• le linee( long inser) e le SIMES VIRALI a trasposzomi. sequenza si ripetono. Genzi si uniscono con a pseudogeni NON f( unzonala
• le linie e si traspasomi con CAT degoia medial ente rip.

Sequenze Ripetive in tandem e Famiglie Geniche

• Le codificante R Rna R rna 5s C t per gli ISTIONI :
• gli Isti on nelle stesse zona SI ripetono.
• solo uno dei due filateli e 5 ter i sono per far cio
• Famiglie genche si derivano Da 1 e gia ancestrale per 1 e la al obina o e la beta che si diver se o i LOC sono nel crom 10. e ne l cromosona 11 . e sia a l beta presentano al proteine . I geni atraverso microscopio a trazione e all RNA, con Polimerasi che interagiscono poi la fase e corta.