Biologia, Lezione 07, 26/10/2022 - DNA e Genomi PDF

Biologia, Lezione 07, 26/10/2022 Professoressa Elisa Mazzoni DNA E GENOMI I genomi sono diversi in base all’organismo che consideriamo, cambia la lo...

Biologia, Lezione 07, 26/10/2022 Professoressa Elisa Mazzoni DNA E GENOMI I genomi sono diversi in base all’organismo che consideriamo, cambia la loro grandezza, ossia il contenuto globale di DNA nella cellula. I genomi vanno da 1000 paia di basi (pb) a 10000 pb. In questo grafico sono presenti le varie complessità e grandezze dei genomi, ad esempio i protozoi e le piante hanno addirittura 100 giga basi, grandezza molto elevata rispetto alle cellule di batteri, funghi o a microrganismi quali virus. Il genoma e la complessità degli organismi non dipendono soltanto dalle paia di basi di cui è costituito il DNA, ma anche dal numero dei geni funzionali, cioè ci son dei geni che vengono trascritti in RNA messaggeri e altri geni non funzionali che non vengono trascritti. Il genoma di una cellula procariote è presente nel nucleoide della cellula, il DNA è circolare e contiene solo sequenze geniche, ossia geni funzionali. Le cellule eucariotiche son più complesse poiché sono costituite da lunghi filamenti di DNA e, inoltre, possiamo avere sia sequenze geniche che sequenze DNA non geniche, dette anche extrageniche. Alcune sequenze geniche (che danno luogo ad RNA messaggero e a proteine) e non geniche (che si interpongono tra una sequenza genica e l’altra) della cellula eucariote sono ripetute più volte nel genoma in maniera consequenziale (in tandem) all’interno del nostro DNA. Il genoma di una cellula umana contiene circa 20000 geni e queste sono sequenze geniche, ma abbiamo detto che il genoma umano è molto complesso perché presenta sequenze geniche e non geniche ripetute più volte. Il DNA può essere denaturato e poi si può rinaturare. Cosa vuol dire? Ciò significa che, quando sottopongo il DNA ad una temperatura elevata, la sua elica si denatura, ma quando abbasso la temperatura, il DNA va incontro al fenomeno di rinaturazione e l’elica si riunirà. La rinaturazione del DNA che vedete nella diapositiva avviene sia nel DNA delle cellule animali di vitello (eucariotiche) sia nelle cellule batteriche (procariote). Queste, però, hanno delle cinetiche completamente diverse, ovvero se io ho un DNA eucariotico denaturato, la doppia elica si è aperta, abbasso la temperatura lentamente, la doppia elica per complementarità si riunirà: un’adenina ad una timina, una citosina con una guanina e si riformerà la doppia elica. Chiaro che, più è complesso il DNA e più ogni adenina farà fatica a trovare la sua timina, ogni citosina farà fatica a trovare la propria guanina e quindi si tratta di una cinetica molto diversa rispetto a quella di una cellula procariotica dove il DNA è circolare, non è complesso (numero di basi inferiore) e non vi è la presenza di sequenze geniche e non geniche (mentre nel DNA di vitello numero di basi molto elevato, presenza di sequenze geniche e non geniche e presenza di sequenze geniche altamente ripetute). Difatti, rinaturano molto più tardi le aree del DNA non ripetute perché ci metto molto tempo a ritrovare l’appaiamento delle due basi che compongono le due 1 semieliche perché è un DNA non ripetuto, mentre nelle sequenze ripetute è più facile. Dunque, la complessità della rinaturazione dipende dalla complessità del DNA e dalle frazioni altamente ripetute. L’area di DNA non ripetuto rinatura molto più tardi, mentre nelle sequenze ripetute è più facile e veloce la rinaturazione. Inoltre, il DNA eucariotico ha una frazione altamente ripetua (che si rinatura), moderatamente ripetuta (sequenze di nucleotidi di 300-400 nucleotidi) e una frazione che non si ripete e ci mette molto più tempo a rinaturare. Quindi la rinaturazione è direttamente proporzionale alle frequenze geniche ripetute (il DNA non ripetuto impiega molto più tempo a rinaturare; lo si nota in entrambi i grafici). Nelle sequenze geniche (che danno poi luogo a RNA e proteine) del DNA umano, abbiamo: sequenze uniche, (~50%), cioè che sono ripetute una volta sola; sequenze mediamente ripetute, da poche decine di ripetizione fino a 10^3 e 10^5 volte (~50%). Nelle sequenze non geniche (che quindi non danno le nostre proteine) del DNA umano, abbiamo: sequenze uniche, dette DNA spaziatore (~25%) e nei nostri cromosomi le troviamo solo una volta; sequenze mediamente ripetute, fino a 10^3 e 10^5 volte, (~25%); sequenze altamente ripetute, fino a 10^6 e 10^7 volte, (~25%), distinte in: o ripetuto in tandem (sequenze legate le une alle altre), distinte in minisatelliti, microsatelliti e satelliti; o disperso (sequenze non legate consecutivamente), distinte in sine, line, retrotrasposoni. Þ Sequenze non-geniche altamente ripetute in tandem: Satelliti: distribuiti a livello del centromero, unità da 5 a 200 pb, lunghi fino a qualche centinaio di kilobasi; Minisatelliti: distribuiti nella zona telomerica da unità da 4 a 5 pb con segmenti lunghi fino a 25kb. AGGGTT porzione che si ripete a livello telomerico; Microsatelliti: distribuiti nei vari cromosomi da unità da