Appunti di Biologia Applicata (Italian) PDF

5.1 Biologia applicata 25.10.23 5.1 Biologia applicata 25 ottobre 2023 IL DNA Nel 1953 venne definita la struttura a doppia elica del DNA, costituita da due filamenti antipa...

5.1 Biologia applicata 25.10.23 5.1 Biologia applicata 25 ottobre 2023 IL DNA Nel 1953 venne definita la struttura a doppia elica del DNA, costituita da due filamenti antiparalleli e unidirezionali (5’--- 3’), che incastrandosi tra di loro vanno a formare una doppia elica. Watson, Crick e Millikan, in seguito alle osservazioni di Chargaff relative ai rapporti uguali tra basi azotate e alla scoperta dell’alfa elica da parte di Rosalind Franklin, riuscirono a determinare la struttura tridimensionale della molecola di DNA, per cui vinsero il premio Nobel nel 1962. Rosalind Franklin morì nel 1958 probabilmente a causa delle grandi quantità di radiazioni a cui si è sottoposta durante i suoi esperimenti. LA DOPPIA ELICA Spessore della doppia elica: 2 nm (2 x 10^-9 m) Avanzamento o distanza tra due basi: 0,34 nm Le dimensioni della doppia elica sono molto rilevanti per evitare che un filamento si rompa data la sua importanza nel contenere il patrimonio genetico. Nella doppia elica all’esterno è presente lo zucchero fosfato, in sequenze uguali dall’inizio alla fine, carico negativamente. All’interno si trovano le basi azotate, le quali sono planari, composte da uno o due anelli, complementari tra loro (adenina con timina e guanina con citosina) e perpendicolari all’asse dell’elica. Se è presente una base a singolo anello, definita pirimidina (citosina o timina), complementare ad essa c’è una purina (guanina o adenina), a due anelli, così da mantenere la distanza tra le due eliche costante. Viste dall’alto le basi azotate sono tutte impilate una sopra l’altra al centro della doppia elica. Questa è destrorsa, ovvero gira verso destra. Si vengono, così, a formare due solchi: quello maggiore (major groove) e quello minore (minor groove). Questi sono rilevanti per l’accessibilità alla lettura delle basi presenti in quel frammento, essendo i bordi di ciascuna coppia di basi “affacciata” in uno dei due solchi e per il legame delle basi del DNA da parte di diverse proteine a livello del solco maggiore. 5.1 Biologia applicata 25.10.23 Tra citosina e guanina sono presenti tre legami a idrogeno mentre tra timina ed adenina solo due, che stabilizzano la doppia elica. Se si conoscessero le basi di un solo filamento, nessuna informazione verrebbe persa in quanto è facile ricostruire il suo complementare. Ad esempio, per ricreare la doppia elica in presenza di una base di guanina la molecola da appaiare è il desossi-citosina trifosfato. La frequenza della corretta tipologia di nucleotide che può appaiarsi è del 25%, essendo 4 le basi disponibili ed il controllo del corretto appaiamento e della formazione del legame fosfodiestere è a carico della DNA polimerasi. FORME DEL DNA Il DNA assume molte forme tra cui: Forma A: è destrorsa, corta e spessa e, la doppia elica è molto più compatta. Questa condizione tende a formarsi in situazioni povere di acqua. Forma B: la struttura “classica” descritta da Watson e Crick. La gran parte del DNA assume questa forma. Forma Z: è sinistrorsa, lunga e sottile, e rimane tendenzialmente invariata. Tutte tre le forme presentano il gruppo fosfato esterno e le basi verso l’interno ma queste sono disposte in modo differente. Le due regioni A e Z sono lette in modo molto diverso dalla regione B e sono utili alla regolazione dell’utilizzo delle regioni precedenti e successive durante la trascrizione e alla regolazione dell’espressione genica. Queste zone si trovano sia nel DNA codificante sia in quello non codificante. STRUTTURE SECONDARIE INSOLITE DEL DNA A tripla elica: tre filamenti si associano tra loro mediante la formazione di tre legami idrogeno tra le diverse basi. Quadrupla elica: quattro filamenti legati tra loro. Sbobinatore: Maria Lisa Furlan Revisore: Mattia Gattolini 5.1 Biologia applicata 25.10.23 DNA cruciforme: si trova in presenza di sequenze ripetute o palindrome e può accadere che questa regione si apra e ci siano appaiamenti a doppia elica tra sequenze invertite ma complementari a formare una croce. Questa struttura è rilevante sempre per la regolazione della lettura del genoma, il quale conta 6.4 miliardi di copie di basi (6.4 x 10^6 pb). Tutte e tre le strutture servono, ad esempio, durante la regolazione della trascrizione in quanto l’enzima elicasi trova difficoltà nella separazione dei filamenti e si blocca. (immagine) DNA circolare: Il DNA può non essere lineare ma chiuso e circolare. Nelle cellule eucariote si trova sottoforma di DNA mitocondriale e conta 16.569 basi, delle quali l’ultima si lega con un legame fosfodiesterico alla prima. La struttura circolare si trova anche nei plasmidi e batteri. RNA L’RNA è l’acido ribonucleico e diversamente dal DNA presenza: lo zucchero ribosio, che ha in posizione due il gruppo ossidrile OH che gli conferisce una maggiore reattività e, la base uracile al posto della timina. Inoltre, ha una struttura a filamento singolo, la quale dal punto di vista pratico comporta una minore resistenza dell’RNA, che è più facilmente degradato rispetto al DNA. Quest’ultimo per essere mantenuto integro per tutta la vita e le generazioni successive deve avere una conformazione estremamente stabile, infatti quando il DNA è sottoforma di doppia elica e risulta essere “pulito” può durare in eterno. Al contrario l’RNA viene prodotto in caso di necessità di un determinato gene che può non servire più, assumendo così un tempo di vita molto più rapido a causa della sua struttura instabile. Tuttavia l’RNA media gran parte delle sue funzioni grazie a delle zone a doppia elica nel suo interno; un esempio di ciò sono il tRNA (RNA transfer) e il rRNA (RNA ribosomiale), i quali assumono una struttura tridimensionale grazie a regioni a doppio filamento. Sbobinatore: Maria Lisa Furlan Revisore: Mattia Gattolini