Tipi di Danni al DNA e Effetti delle Mutazioni

• Blocco 1: Introduzione alla Biologia Molecolare*

• La biologia molecolare è una disciplina scientifica che studia i processi biologici a livello molecolare, concentrandosi sulle molecole chiave della vita come DNA, RNA e proteine.

• La biologia molecolare ha radici che risalgono alla fine del XIX secolo, ma è stato solo nel XX secolo che ha fatto progressi significativi, con la scoperta della struttura del DNA da parte di James Watson e Francis Crick nel 1953.

• La biologia molecolare ha rivoluzionato molte aree della scienza e della medicina, fornendo una base per lo sviluppo di tecnologie come la terapia genica, la clonazione e la modifica genetica.

• 1.2 Struttura Chimica degli Acidi Nucleici*

• Gli acidi nucleici, come DNA e RNA, sono le molecole che contengono le istruzioni genetiche per la vita.

• Un nucleotide è composto da tre componenti: un gruppo fosfato, un pentoso (deossiribosio nel DNA e ribosio nell'RNA) e una base azotata (adenina, guanina, citosina, timina nel DNA; adenina, guanina, citosina, uracile nell'RNA).

• Le basi azotate si estendono lateralmente dalla catena, e la sequenza delle basi determina l'informazione genetica contenuta nell'acido nucleico.

• 1.3 Struttura Fisica del DNA*

• Il DNA è una molecola a lunga catena che porta le informazioni genetiche di un organismo.

• La struttura a doppia elica del DNA, proposta da James Watson e Francis Crick nel 1953, è fondamentale per la sua funzione biologica.

• La doppia elica del DNA presenta una serie di parametri strutturali importanti, tra cui il passo, il diametro e l'angolo di torsione.

• 1.4 Proprietà Termiche del DNA*

• Il DNA è una molecola dinamica che mostra una varietà di comportamenti in risposta a cambiamenti di temperatura.

• La denaturazione è il processo mediante il quale il DNA perde la sua struttura a doppia elica e si scioglie in due catene separate a causa di un aumento della temperatura o di altri fattori come il pH estremo.

• La temperatura di melting (Tm) è la temperatura alla quale metà del DNA in soluzione è denaturato.

• 1.5 Topologia del DNA e DNA Topoisomerasi*

• La topologia del DNA si riferisce alla struttura tridimensionale del DNA e al modo in cui le sue catene sono organizzate nello spazio.

• Le DNA topoisomerasi sono enzimi che agiscono per modificare la topologia del DNA, regolando così la sua struttura tridimensionale.

• Le DNA topoisomerasi sono essenziali per la replicazione, la trascrizione e la ricombinazione del DNA.

• 1.6 Struttura dell'RNA*

• L'RNA è una molecola correlata al DNA che svolge molteplici ruoli all'interno della cellula.

• Esistono diversi tipi di RNA, ognuno con funzioni specifiche, tra cui mRNA, rRNA e tRNA.

• L'RNA può assumere una varietà di conformazioni tridimensionali, comprese strutture a doppio filamento, eliche, stem-loop e altre strutture complesse.

• 1.7 Organizzazione e Impacchettamento del DNA Eucariotico*

• Il DNA eucariotico è organizzato in modo altamente compatto all'interno del nucleo cellulare attraverso il processo di impacchettamento del DNA.

• I nucleosomi sono le unità fondamentali dell'impacchettamento del DNA e consistono in una porzione di DNA avvolta attorno a un core di istoni.

• La cromatina è una forma più complessa di impacchettamento del DNA, in cui i nucleosomi sono compattati ulteriormente per formare una struttura fibrosa all'interno del nucleo cellulare.

• 1.8 Struttura del Genoma Eucariotico*

• Il genoma eucariotico si riferisce all'insieme completo di materiale genetico presente in un organismo eucariotico, incluso il DNA nucleare e il DNA mitocondriale.

• I cromosomi sono strutture altamente condensate che sono visibili al microscopio ottico e sono essenziali per la corretta segregazione del materiale genetico durante la divisione cellulare.

• Il genoma eucariotico è organizzato in una serie di cromosomi che contengono le informazioni genetiche per la sopravvivenza e il funzionamento dell'organismo.

• 1.9 Genoma Mitocondriale*

• Il genoma mitocondriale è il genoma contenuto nei mitocondri e porta una parte del materiale genetico di un organismo.

• Il genoma mitocondriale è un'unità circolare di DNA che è relativamente piccola rispetto al genoma nucleare.

• Il genoma mitocondriale è ereditato principalmente dalla madre, poiché la maggior parte dei mitocondri presenti nelle cellule uovo deriva dai mitocondri presenti nelle cellule uovo della madre.- Ruolo del Genoma Mitocondriale*

• I geni presenti nel genoma mitocondriale sono essenziali per la produzione di energia nella cellula

• Mutazioni nel genoma mitocondriale possono causare malattie mitocondriali gravi

• Replicazione Semiconservativa del DNA*

• La replicazione del DNA avviene in modo semiconservativo, producendo due copie identiche della molecola di DNA

• L'esperimento di Meselson e Stahl dimostrò la replicazione semiconservativa del DNA

• Meccanismo della Replicazione Semiconservativa*

• La replicazione del DNA inizia con la separazione delle due eliche del DNA madre

• Ogni filamento serve da stampo per la sintesi di un nuovo filamento complementare

• Replicazione del DNA nei Procarioti*

• La replicazione del DNA nei procarioti avviene in modo coordinato e preciso

• La replicazione inizia da specifiche sequenze di DNA chiamate origini di replicazione

• Danni al DNA e Mutazioni*

• Il DNA è soggetto a danni costanti da parte di agenti ambientali e processi cellulari

• I danni al DNA possono portare a mutazioni genetiche, che possono avere effetti sui fenotipi

• Sistemi di Riparazione del DNA*

• Le cellule dispongono di sistemi di riparazione del DNA che rilevano e correggono i danni al DNA

• Esistono due tipi di riparazione del DNA: con prova di errore e senza prova di errore

• Ricombinazione del DNA*

• La ricombinazione del DNA è un processo che porta alla creazione di nuove combinazioni genetiche

• La ricombinazione del DNA è fondamentale per la diversità genetica e l'evoluzione delle specie

• Trascrizione e Regolazione dell'Espressione Genica*

• La trascrizione è il processo mediante il quale un segmento di DNA viene copiato in un RNA complementare

• La trascrizione è regolata da fattori di trascrizione che riconoscono specifiche sequenze di DNA

• Processamento degli RNA*

• Gli rRNA, tRNA e mRNA subiscono processi di maturazione post-trascrizionale

• Il processamento degli RNA può influenzare la stabilità e la funzionalità dei trascritti

• Sintesi Proteica e Regolazione Genica*

• La sintesi proteica è un processo complesso che coinvolge la conversione delle informazioni genetiche in sequenze di amminoacidi

• La regolazione genica può influenzare la quantità di proteine prodotte e la loro attività

• Apparato di Traduzione e suoi Componenti*

• L'apparato di traduzione è composto da ribosomi, tRNA e mRNA

• Il ribosoma è il sito principale della traduzione, dove avviene la sintesi proteica

• Meccanismo della Sintesi Proteica*

• La sintesi proteica avviene in tre fasi: iniziazione, allungamento e terminazione

• La regolazione della sintesi proteica può influenzare la quantità di proteine prodotte e la loro attività### Malattie Umane Dovute a Misfolding Proteico

• Le proteine mal ripiegate possono causare una serie di malattie umane.

• Le malattie neurodegenerative, come l'Alzheimer, il Parkinson e la sclerosi laterale amiotrofica (SLA), sono associate a accumuli anomali di proteine mal ripiegate nel cervello.

• L'amiloidosi è una condizione caratterizzata dalla formazione di amiloide, una proteina mal ripiegata, in vari tessuti del corpo.

• Alcuni disturbi metabolici sono causati da mutazioni genetiche che compromettono il corretto ripiegamento delle proteine coinvolte nei processi metabolici.

Regolazioni Epigenetiche

• Le regolazioni epigenetiche sono modificazioni chimiche del DNA e delle proteine istoniche che influenzano l'accessibilità dei geni e la loro espressione senza alterare la sequenza nucleotidica.
• Le proteine istoniche possono subire modificazioni post-traduzionali, come l'acetilazione, la metilazione e la fosforilazione, che influenzano la struttura della cromatina e l'accessibilità dei geni.
• La metilazione del DNA è una delle principali modificazioni epigenetiche e coinvolge l'aggiunta di gruppi metile alle basi azotate del DNA.
• L'imprinting genomico è un fenomeno epigenetico in cui specifici geni vengono silenziati in modo differenziale a seconda del loro parentale di origine.

RNA Regolatori negli Eucarioti

• Oltre all'mRNA, gli eucarioti producono una varietà di RNA non codificanti che svolgono ruoli regolatori nell'espressione genica.
• Gli siRNA sono molecole di RNA a doppio filamento di circa 21-23 nucleotidi di lunghezza che possono interferire con la trascrizione o la traduzione di specifici geni.
• I miRNA sono piccoli RNA a singolo filamento che regolano l'espressione genica legandosi agli mRNA bersaglio e influenzandone la stabilità o la traduzione.
• I lncRNA sono RNA a lungo non codificanti che svolgono una varietà di funzioni regolatorie, tra cui la modulazione dell'espressione genica, l'organizzazione della cromatina e l'interazione con proteine regolatrici.

Strumenti della Bioinformatica

• La bioinformatica è un campo interdisciplinare che combina la biologia con le tecniche informatiche per analizzare e interpretare grandi quantità di dati biologici.
• La bioinformatica comprende metodologie per l'analisi e il confronto di sequenze di acidi nucleici e proteine, che possono essere utilizzate per identificare geni, predire strutture proteiche e comprendere le relazioni evolutive.
• Le banche dati biologiche raccolgono informazioni genetiche, genomiche e proteomiche da una vasta gamma di organismi.

Scopri i diversi tipi di danni al DNA e come le mutazioni possono influenzare il fenotipo di un organismo.