Create successful ePaper yourself
Turn your PDF publications into a flip-book with our unique Google optimized e-Paper software.
DOGMA CENTRALE DELLA BIOLOGIA<br />
Secondo il dogma centrale della <strong>biologia</strong>, il DNA dirige la<br />
sintesi del RNA che a sua volta guida la sintesi delle<br />
proteine. Tuttavia il flusso unidirezionale di informazioni<br />
ipotizzato da questo dogma ( DNA RNA Proteine )<br />
non riflette il ruolo che svolgono le proteine stesse nel<br />
facilitare il flusso di informazioni.<br />
Un modo più esatto di rappresentare la relazione che nelle<br />
cellule lega la sintesi del DNA dell’RNA e delle proteine è il<br />
seguente:<br />
DNA RNA proteine
immagine estratta dal cromosoma umano 20, che ha<br />
63.644.868 paia di basi cromosomiche,<br />
rappresentato con le lettere A C G T, e con dei punti<br />
per le sezioni apparentemente inutilizzate.
Alcuni dati illustrati presi dal sito di 23andMe, l'azienda<br />
americana che mappa il genoma umano a chiunque<br />
voglia, per meno di mille dollari
IL CODICE GENETICO<br />
L’RNA messaggero trasferisce le informazioni dal DNA<br />
utilizzando un codice genetico a tre lettere<br />
Codice a triplette in cui gruppi di tre nucleotidi vengono letti<br />
A partire da uno specifico punto d’inizio.<br />
• Ogni tripletta forma un codone ( 4 3 = 64 combinazioni)<br />
• Dei 64 possibili codoni del codice genetico ,<br />
• 61 specificano aminoacidi e tre sono codoni di arresto<br />
UUU<br />
UUC<br />
UUA<br />
UUG<br />
Il 1° codone determina il modulo di lettura “ reading frame”<br />
Es. modulo di lettura :
IL CODICE GENETICO E TRADUZIONE<br />
Quanti nucleotidi occorrono per codificare 20 aminoacidi ?<br />
• Una sequenza di 3 basi (tripletta o codone) codifica<br />
un aminoacido.<br />
• Tre codoni (TAA, TAG, TGA) codificano lo "STOP",<br />
ovvero la fine della proteina.<br />
• ATG codifica la metionina ma indica anche l'inizio<br />
della regione codificante della proteina.<br />
• La sequenza aminoacidica di una proteina è definita da<br />
una sequenza lineare di triplette codificanti contigue.
IL CODICE GENETICO E TRADUZIONE<br />
il codice genetico e’ degenerato :<br />
ad un singolo aa può corrispondere più di un codone<br />
Metionina e Triptofano hanno un solo codone<br />
aa con codoni multipli:<br />
La differenza tra i vari codoni generalmente riguarda la terza base<br />
(estremità 3’).<br />
Le prime 2 lettere sono le principali determinanti della specificità<br />
Crick postulò che la 3a base della maggior parte dei codoni si appaia<br />
in modo piuttosto “libero” e per questo si dice che le terze basi di tali<br />
codoni oscillano<br />
La base oscillante del codone appaiandosi debolmente permette la<br />
rapida dissociazione del tRNA dal suo codone durante la sintesi<br />
proteica
IL CODICE GENETICO E TRADUZIONE<br />
Per ciascuno dei 20 aa esiste almeno una specifica<br />
molecola di tRNA.<br />
Le molecole di tRNA sono costituite da ca. 75-80 nt<br />
Estremità 3’ CCA costituisce il sito di legame dell’aa<br />
La parte centrale della molecola contiene l’anticodone,<br />
punto di contatto con l’mRNA (sequenza complementare)
IL CODICE GENETICO E TRADUZIONE<br />
In che modo una molecola di t RNA può combinarsi con il corretto aa?<br />
Grazie all’azione di enzimi attivanti detti aminoacil-tRNA sintetasi<br />
Ogni aminoacil-tRNA sintetasi è specifico per un determinato aa<br />
e per il corrispondente t RNA.<br />
L’enzima reagisce con una molecola di ATP catalizzando il<br />
trasferimento dell’aa dall’AMP al nt 3’ del t RNA
RIBOSOMI E SINTESI PROTEICA<br />
I ribosomi sono indispensabili per la traduzione dell’informazione<br />
genetica in una catena polipeptidica<br />
Il ribosoma si lega alla molecola di mRNA che deve tradurre<br />
e contiene due siti di legame per i tRNA : sito P e sito A<br />
Trascrizione dei vari tipi di RNA (2) che nei ribosomi (3) traducono<br />
l’informazione genetica nella sintesi delle proteine
RIBOSOMI E SINTESI PROTEICA<br />
La sintesi proteica o traduzione si realizza attraverso tre fasi<br />
in cui le reazioni sono catalizzate da proteine ribosomiche :<br />
inizio, allungamento e terminazione<br />
INIZIO :<br />
1. Formazione di un complesso di inizio costituito da una subunità<br />
ribosomiale minore legata al codone d’inizio (AUG) sulla catena<br />
dell’mRNA e ad una molecola di tRNA portante il primo aa<br />
( Met = metionina).<br />
2. La subunità ribosomica maggiore si unisce al complesso di inizio<br />
ed il sito P del ribosoma ospita la prima molecola di t RNA + Met<br />
mentre il sito A si trova in corrispondenza del secondo codone<br />
dell’mRNA .<br />
3. Un gruppo di proteine dette fattori di inizio (eIF-n, eIF-2 che lega<br />
il cappuccio dell’mRNA) partecipano alla direzione del processo<br />
utilizzando l’energia fornita dal GTP.
RIBOSOMI E SINTESI PROTEICA<br />
ALLUNGAMENTO<br />
La sintesi proteica procede dall’estremità N-terminale verso<br />
l’estremità C-terminale.<br />
Il ribosoma si sposta lungo l’mRNA in direzione 5’-3’<br />
Il tRNA carico dell’aa corrispondente al secondo codone<br />
dell’mRNA entra nel sito A libero.<br />
La subunità maggiore catalizza il legame peptidico tra l’aa nel<br />
sito P e quello nel sito A.<br />
L’allungamento della catena<br />
avviene legando il polipeptide<br />
nascente al residuo<br />
amminoacido presente sul<br />
tRNA entrante.
TERMINAZIONE<br />
RIBOSOMI E SINTESI PROTEICA<br />
La traduzione si arresta con il codone di STOP – UAA, UAG o<br />
UGA. Questi codoni legano il fattore di rilascio eRF che riconosce<br />
tutte tre le triplette e promuove il legame di una molecola di<br />
acqua piuttosto che di un aa comportando la separazione dal<br />
ribosoma della proteina.<br />
La presenza dei polisomi aumenta la velocità di sintesi proteica.
RIBOSOMI E SINTESI PROTEICA<br />
Una sequenza segnale<br />
indirizza il polipeptide nel<br />
reticolo endoplasmatico rugoso<br />
La proteina contenente gli aa<br />
segnale penetra nel ER dove<br />
viene completato<br />
l’allungamento.<br />
Quando completata, la proteina<br />
viene liberata nel citosol.
LE MUTAZIONI GENETICHE<br />
Una mutazione è un’alterazione irreversibile ed ereditabile<br />
della sequenza nucleotidica del DNA quindi dell’informazione<br />
genetica.<br />
Errori non corretti che si verificano nella replicazione del DNA<br />
associata la produzione dei gameti hanno un importanza<br />
fondamentale per l’evoluzione.<br />
L’evoluzione si basa sulle mutazioni genetiche favorevoli a<br />
cambiamenti adattativi delle specie.<br />
In base all’entità dell’alterazione possiamo dividere le mutazioni<br />
in due categorie :<br />
Le mutazioni puntiformi : mutazioni che causano la<br />
trasformazione di un gene a causa della sostituzione di singoli<br />
nucleotidi<br />
Le mutazioni cromosomiche : cambiamento della posizione o<br />
della direzione di un segmento di DNA.
LE MUTAZIONI PUNTIFORMI<br />
1. Mutazioni silenti : sostituzione di paia di basi che permettono di<br />
codificare per lo stesso aminoacido<br />
(es. AGU -> AGC comunque codifica l’aminoacido serina)<br />
Queste mutazioni sono<br />
importanti per spiegare<br />
la diversità genetica non<br />
espressa in caratteri<br />
fenotipici.<br />
2. Mutazioni di senso : sostituzione di basi che possono modificare il<br />
messaggio genetico e nella proteina codificata un aminoacido viene a<br />
sostiturne un altro<br />
Es. allele per la globina<br />
umana causa<br />
dell’anemia faciforme.<br />
In condizioni di<br />
omozigosi recessiva<br />
causa malformazioni<br />
agli eritrociti che in<br />
presenza di basse<br />
pressioni di ossigeno<br />
collassano assumendo<br />
la caratteristica forma a<br />
falce<br />
LE MUTAZIONI GENETICHE
LE MUTAZIONI PUNTIFORMI<br />
LE MUTAZIONI GENETICHE<br />
3. Mutazioni non senso : crea un codone di STOP dove non c’era.<br />
Hanno effetti distruttivi molto piu frequenti delle mutazioni di senso.<br />
4. Mutazioni per spostamento della griglia di lettura<br />
inserimento/cancellazione può causare uno spostamento (shift) di tutta<br />
la sequenza
LE MUTAZIONI GENETICHE<br />
MUTAZIONI CROMOSOMICHE<br />
I cromosomi possono subire delle rotture durante il processo di<br />
replicazione e riunione non corrette di parti di cromosomi.<br />
I filamenti di DNA possono quindi contenere delle mutazioni<br />
macroscopiche :<br />
(a) De<strong>lezione</strong> : cancellazione di un tratto di DNA.<br />
(b) Duplicazione : cromosomi omologhi si rompono in punti<br />
diversi e si riuniscono ognuno con il partner dell’altro (un<br />
segmento avrà una de<strong>lezione</strong> mentre l’altro una duplicazione).<br />
(c) Inversione : inversione di un tratto di DNA rispetto al resto.<br />
(d)Translocazione : scambio di grandi tratti di DNA