Il Dogma Centrale della Biologia in formato PDF

3.DOGMA CENTRALE DELLA BIOLOGIA STRUTTURA DEGLI ACIDI NUCLEICI DNA> due filamenti antiparalleli avvolti a formare una doppia elica con andamento destrorso e uniti da legami ad idrogeno tra le basi azotate ( 3 tra G e C, 2 tra A e T) Uracile sono nel RNA timina solo DNA Lo zucchero del DNA è il des...

3.DOGMA CENTRALE DELLA BIOLOGIA STRUTTURA DEGLI ACIDI NUCLEICI DNA> due filamenti antiparalleli avvolti a formare una doppia elica con andamento destrorso e uniti da legami ad idrogeno tra le basi azotate ( 3 tra G e C, 2 tra A e T) Uracile sono nel RNA timina solo DNA Lo zucchero del DNA è il desossiribosio, ossia ribosio privato di un gruppo idrossile sul carbonio 2. DNA Capacità di riprodursi fedelmente attraverso il processo di replicazione, che porta alla formazione di due molecole identiche di DNA da trasferire alle due cellule figlie durante la divisione cellulare. Capacità di codifica dell’informazione > funge da depositario dell’informazione genetica e permette di convertire l’informazione da DNA a RNA mediante la trascrizione. REGOLE DI CHARGAFF ESISTE UN RAPPORTO 1:1 TRA LE BASI PURINICHE ( ADENINA E GUANIINA) E PIRAMIDINICHE ( TIMINA E CITOSINA) IN UNA SINGOLA MOLECOLA DI DNA > A+G=T+C, ovvero in una molecola la percentuale di timina è uguale a quella di Adenina, così come quella di guanina è uguale a quella di citosina A=T E G=C (no dna mitocondriale, cloroplasti, rna, dna a singolo filamento) EUROCROMATINA ED ETEROCROMATINA La cromatina è contenuta nel dna complessato con proteine basiche chiamate ISTONI. Si trova in due forme EUROCROMATINA> meno condensata e. rappresenta lo stato ATTIVO del dna, in questo stato può essere trascitto. si trova soprattutto nelle cellule adibite a sintesi delle proteine ad esempio: neuroni, ovociti e cellule staminali ETEROCROMATINA> più condensata (scura), e. rappresenta lo stato INATTIVO del dna. Si divide in COSTITUTIVA, mantenuta costantemente in forma condensata oppure FACOLTATIVA, la quale varia il suo stato in base allo stato di differenziamento della cellula. All'interno del nucleo il dna va a formarsi a partire dal nucleosoma, unità base della cromatina costituita da un complesso di 8 ISTONI avvolti da un tratto del filamento del dna fino ad arrivare al CROMOSOMA.> rappresenta la forma più condensata della cromatina ed è visibile solo durante i processi di divisione. REPLICAZIONE DEL DNA La replicazione del DNA porta alla formazione di due molecole di DNA identiche. viene definita semiconservativa poichè da una doppia elica madre si ottengono due doppie eliche figlie. PARTECIPANTI: -ELICASI>rompe i legami ad idrogeno tra le basi formando la forcella di replicazione -SSB PROTEINE>si legano 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 POLIERASI III e rimuove il primer -LIGASI> lega fra loro i framenti di OKAZAKI PROCESSO: 1- l'elicasi svolge e apre i due filamenti rompendo i legami ad idrogeno (topoisomerasi) 2- le SSB stabilizzano la molecola nella cconformazione aperta, facendo sì che non creino nuovi legami 3- l'enzima PRIMASI sintetizza un RNA PRIMER su ambo i filamenti 4-la DNA POLIMERASI III, dal primer aggiunge le basi ESCLUSIVAMENTE IN DIREZIONE 5'-3'( atomi di carbonio liberi). Essendo i due filamenti antiparalleli( orientati in direzoni opposte), la sintesi procederà solo in senso 5'-3' e in modo continuo solo su uno dei due fillamenti originari ( il 3'-5') che prenderà il nome di FILAMENTO LEADING. sull'altro filamento (5'-3') chiamato LAGGING, dal momento che la DNA POLIMERASI III non può procedere in senso 5'-3' la replicazione procede in modo discontinuo. La primasi sintetizza vari filamenti che permettono di procedere in modo discontinuo e in senso 5'-3'> sono piccole catene di nucleotidi chiamate FRAMMENTI DI OKAZAKI. 5-la DNA POLIMERASI I si attiva rimuovendo gli rna primer sostituendoli con dna 6- la ligasi lega tra loro i frammenti di okazaki. CONTEMPORANEAMENTE si verificano due processi: svolgimeto dei superavvolgimenti da parte della TOPOISOMERASI> quando l'elicasi rompe il legame di idrogeno, provoca l'allontanamento dei due filamenti, processo che causa a sua volta la formazione di super avvolgimenti distalmente rispetto alla forcella di replicazione. Per evitare che i superavvolgimenti causino l'arresto del processo, la topoisomerasi taglia, rigida e salda il DNA in modo da svolgere il superavvolgimento attività di PROOFREADING da parte di DNA POLIMERASI I> per evitare che la DNA polimerasi III svolga degli errori e che tali portino mutazioni, la DNA polimerasi I attua il processo di PROOFREADING, il quale consiste nel riconoscimento, nelle eliminazione e nella sostituzione delle basi che sono state appaiate in modo scorretto. Ciò avviene in direzione 3'-5'. TRASCRIZIONE DEL DNA CHIMICA BIOLOGICA La trascrizione È un processo biologico nel quale l'informazione genetica contenuta nel DNA viene trasferita in una molecola di RNA MESSAGGERO mRNA. possono essere trascritti diversi tipi di rna: -mRNA RNA MESSAGGERO> È la molecola che permette di trasportare l'informazione genica dal nucleo al citoplasma, dove poi avverrà la sintesi delle proteine -rRNA RNA RIBOSOMIALE> viene trascritto a livello dei nucleoli e si assembla da altre proteine andando a costituire le subunità ribosomiali -tRNA RNA TRANSFER> riconosce e permette la traduzione dell'mRNA a livello dei ribosomi PROCESSO: si compone di tre fasi: 1-fase di INIZIO> il processo comincia quando delle particolari proteine definite FATTORI DI TRASCRIZIONE, riconoscono e legano il SITO PROMOTORE, ovvero il sito di inizio della sequenza di DNA che codifica per la proteina. Questo legame fornisce un sito di aggancio per l'enzima chiave di tutto il processo, RNA POLIMERASI, che una volta riconosciuto il sito promotore comincia a sintetizzare una catena di nucleotidi. 2- fase di ALLUNGAMENTO> la RNA polimerasi sintetizza un trascritto di RNA complementare al filamento di DNA, inserendo Ribonucleotidi in direzione 5'-3' e sostituendo la timina con l'uracile. 3- fase di TERMINAZIONE> si arresta la reazione di polimerizzazione e avviene il distacco dell'enzima e dell'RNA neosintetizzato, il quale prende il nome di TRASCRITTO PRIMARIO. esistono regioni di DNA che permettono la REGOLAZIONE DELLA TRASCRIZIONE: -ENHANCERS> regioni che favoriscono la trascrizione di un gene, attraverso l'interazione con i fattori di trascrizione -SILENCERS> regioni silenziatrici che possono inibire l'attività trascrizionale MATURAZIONE DEL TRASCRITTO PRIMARIO: si verificano ESCLUSIVAMENTE NEL NUCLEO E NEGLI EUCARIOTI -CAPPING> aggiunta di una GUANOSINA modificata all'estremità 5' con un legame 5'-5' a formare il cosiddetto CAP, necessario per il riconoscimento tra mRNA e ribosoma e per l'inizio della TRADUZIONE -POLIADENILAZIONE< aggiunta di una lunga sequenza di ADENOSINE all'estremità 3'con funzione di PROTEZIONE dell'mRNA dall'azione delle esonucleasi -SPLICING> rimozione delle REGION INTRONICHE, ovvero regioni non codificanti, e UNIONE DEGLI ESONI , regioni codificanti a formare l'mRNA maturo> avviene negli SPLICEOSOMI -SPLICING ALTERNATIVO> rimozione di alcune regioni esoniche in modo da creare proteine diverse a partire dallo stessa sequenza di DNA. Tali proteine presenteranno una struttura molto simile e vengono indicate con il nome di isoforme proteiche. TRADUZIONE DELL'RNA CODICE GENETICO: Il codice genetico è l'insieme delle regole attraverso le quali viene tradotta l'informazione codificata all'interno dei geni. La sequenza nucleotidica presente nell'mRNA può essere infatti suddivisa in una serie di TRIPLETTE di basi azotate definite CODONI, ciascuna delle quali codifica per uno specifico amminoacido. Dal momento che ci sono quattro basi diverse e ciascuna base si può ripetere nella medesima tripletta si possono avere ben 64 triplette diverse. Di queste 61 SONO CODIFICANTI per un amminoacido, mentre 3 SONO NON CODIFICANTI e prendono il nome di CODONI STOP ( UAA,UAG,UGA) questi ultimi rappresentano i segnali per la terminazione della sintesi della proteina. Il codice genetico presenta due caratteristiche fondamentali: -DEGENERATO> ciascuna tripletta di nucleotidi codifica per un singolo amminoacido, ma essendo le triplette ben 64 e soltanto 20 gli aminoacidi, si intuisce facilmente che più TRIPLETTE DIFFERENTI CODIFICANO PER LO STESSO AMMINOACIDO, OGNI TRIPLETTA CODIFICA AL PIU' UN AMMINOACIDO. -UNIVERSALE> è valido in tutte le forme di vita conosciute ad eccezione di alcuni particolari casi come quello del DNA mitocondriale. CHIMICA BIOLOGICA: la TRADUZIONE è il processo attraverso il quale il messaggio codificato nella molecola di mRNA viene convertito in proteina. Tale processo si verifica principalmente a livello del citoplasma delle cellule eucariote, ma può verificarsi anche all'interno dei mitocondri e dei cloroplasti.nei procarioti i processi di trascrizione traduzione si verificano CONTEMPORANEAMENTE a livello citoplasma. La sequenza degli amminoacidi della catena polipeptidico sintetizzata è strettamente correlata alla sequenza delle basi presenti nell'mRNA corrispondente. PARTECIPANTI: -MRNA -RIBOSOMI> complessi enzimatici Ribonucleoproteici costituiti da due subunità, una maggiore e una minore, che si uniscono solamente quando si legano all'mRNA;più ribosomi si possono legare uno dietro l'altro sullo stesso filamento di mRNA formando un POLIRIBOSOMA. -tRNA> RNA che trasporta uno specifico AMMINOACIDO legato all'estremità 3'della molecola. Nella regione inferiore si può riconoscere una tripletta di nucleotidi che prende il nome di ANTICODONE, il quale si legherà allo specifico codone complementare presente sull'mRNA. -AMMINOACIL-tRNA-SINTETASI> enzima che catalizza il caricamento di un amminoacido sul relativo tRNA, formando il complesso amminoacil-tRNA -FATTORI DI INZIO,ALLUNGAMENTO E TERMINAZIONE della sintesi proteica. PROCESSO: 1- INIZIO> la subunità minore del ribosoma si lega alla sequenza di riconoscimento sull'mRNA( di cui fa parte il CAP al 5'). Successivamente, un particolare tRNA che trasporta una METIONINA modificata, tramite il suo ANTICODONE (UAC), riconosce e lega il CODONE DI INIZIO (AUG) presente sull'mRNA; in tal modo si viene a formare il COMPLESSO DI INIZIO. Successivamente, la subunità maggiore si unisce al complesso di inizio facendo in modo che il tRNA carico della metionina vada ad occupare il SITO P della subunità maggiore del ribosoma. 2-ALLUNGAMENTO> in presenza di uno specifico fattore di allungamento, un nuovo tRNA, carico dell'amminoacido corrispondente al secondo codone dell'mRNA, va a posizionarsi nel sito A della subunità maggiore; all'interno del SITO A è presente un'attività enzimatica che prende il nome di PEPTIDIL-TRANSFERASI, la quale catalizza il distacco della metioninadal tRNA presente nel sito P e la successiva formazione di un LEGAME PEPTIDICO tra la metionina e il secondo amminoacido. Alla fine di ciò il tRNA nel sito P scivola nel sito E e che il tRNA nel sito A si sposti nel sito P, liberando il sito A. Tale processo si ripete finché il sito A non viene occupato da un CODONE DI STOP. 3- TERMINAZIONE> un FATTORE DI RILASCIO si lega al complesso quando nel sito A entra uno dei tre CODONI DI STOP. Il prodotto viene rilasciato e componenti del complesso si disassemblano. MODIFICHE POST-TRADUZIONALI: -PROTEOLISI> rottura del polipeptide che permette la formazione di frammenti attivi -GLICOSILAZIONE> aggiunta di zuccheri importanti per il riconoscimento della proteina, con la formazione di una glicoproteina -FOSFORILAZIONE> aggiunta dei gruppi fosfato che modella la forma e le proprietà elettriche della proteina attivandola o inattivandolo DEGRADAZIONE INTRACELLULARE DELLE PROTEINE È necessario un sistema che permette lo smaltimento e la degradazione delle proteine che ormai hanno terminato la loro funzione in modo da evitarne possibili accumuli intracellulari che causerebbero ingenti danni alla cellula. Tale compito è affidato principalmente al sistema PROTEASOMA-UBIQUITINA. Il Proteasoma è un complesso multi proteico responsabile del processo di degradazione intracellulare delle proteine affinché riesca a riconoscere una proteina è necessario che questa vada incontro all'UBIQUITINIZZAZIONE, un processo che consiste nel legame di più monomeri di ubiquitina alla proteina da degradare. TRASCRIZIONE E TRADUZIONE NEI PROCARIOTI La differenza sta nel fatto che nei batteri questi due processi si verificano simultaneamente a livello del citoplasma, quelli che cambiano notevolmente però sono i meccanismi che regolano l'espressione dei geni e quindi la trascrizione. La regolazione trascrizionale nei procarioti è affidata a delle unità funzionali che prendono il nome di OPERONI, segmenti di DNA costituiti dalle seguenti regioni: -PROMOTORE> regione che permette il legame con la RNA polimerasi -OPERATORE> regione localizzata tra il promotore e i geni strutturali e che lega il repressore, una proteina codificata da un gene detto REGOLATORE -GENI STRUTTURALI> geni che codificano per le proteine del batterio Un'esmpio sta nel funzionamento dell'operone LAC di escherichia coli, un batterio che vive nell'intestino dell'uomo ed è capace di metabolizzare il lattosio attraverso l'enzima b-galattosidasi. Questo enzima risponde alla presenza all'assenza del lattosio in due modi differenti: -ASSENZA DI LATTOSIO> il repressore si trova informativa ed è capace di legarsi all'operatore, tale le camere rende impossibile l'avvio della trascrizione dei geni strutturali da parte della RNA polimerasi. In questo modo, non vengono sintetizzate le proteine codificate dai geni strutturali, tra le quali si trova la b-galattosidasi. -PRESENZA DI LATTOSIO> il lattosio si lega al repressore inattivandolo, fungendo così da induttore della trascrizione, così la RNA polimerasi può legarsi liberamente al promotore, trascrivere i geni strutturali e determinando la sintesi degli enzimi adibiti al metabolismo del lattosio. VIRUS: I virus sono assemblaggi organizzati di proteine, cito nucleici e altre macro molecole che hanno la peculiare caratteristica di NON ESSERE CAPACI DI RIPRODURSI AUTONOMAMENTE; essi infatti sfruttano l'apparato biosintetico della cellula infettata per riprodurre il proprio materiale genetico e le proprie strutture proteiche e per tale motivo i virus vengono definiti come PARASSITI ENDOCELLULARI OBBLIGATI. DIMENSIONE: 10-300 nm MATERIALE GENETICO: singola molecola di DNA O RNA di diversa lunghezza, A SINGOLO O DOPPIO FILAMENTO RIVESTIMENTO: CAPSIDE PROTEICO, possono presentare anche un involucro fosfolipidico che derivava dalla membrana della cellula infettata e che prende il nome di ENVELOPE RIPRODUZIONE: sfruttano l'apparato di replicazione della CELLULA OSPITE SINTESI MACROMOLECOLE: sfruttano l'apparato trascrizionale e tradizionale della CELLULA OSPITE CLASSIFICAZIONE: possono infettare unicamente procarioti e eucarioti o entrambi. Possono essere classificati anche in base al tipo di materiale genetico o alla struttura. Successivamente all'infezione di una cellula procarioti da parte di un BATTERIOFAGIO( VIRUS CHE INFETTA I BATTERI) il batterio potrà andare incontro a due destini: -CICLO LITICO: il materiale genetico del virus viene incluso nel DNA batterico per poi essere trascritto tradotto insieme ad esso. Si avrà così la produzione delle proteine del capside e la proliferazione di nuovi elementi virali, i quali raggiungeranno un numero talmente elevato da causare lo scoppio e quindi la morte della cellula infettata -CICLO LISOGENO: il materiale genetico del virus viene incluso nel DNA batterico ma non viene trascritto né tradotto. Questo meccanismo permette di replicare il materiale genetico virale assieme a quello della cellula infetta per poi trascriverlo e tradurlo secondariamente risposta determinati stimoli attivanti. RETROVIRUS I retrovirus rappresentano un tipo particolare di virioni caratterizzati dalla presenza di un enzima chiamato TRASCRITTASI INVERSA. Il genoma di questi virus si presenta sottoforma di RNA, il quale grazie alla trascrittasi inversa, viene trascritto in una molecola di DNA complementare. Successivamente il DNA virale così prodotto si integra nel genoma della cellula ospite e viene sottoposto ai processi di trascrizione e traduzione. In questo modo verranno prodotte, oltre alle proteine funzionali alla cellula ospite, anche quelle necessarie la sopravvivenza e allla replicazione del virus. Uno dei retrovirus più famosi è HIV il quale una volta infettati i linfociti provoca l'insorgenza della sindrome da immunodeficienza acquisita.