DNA

La genetica
molecolare
1
Il materiale genetico
• Varia di quantità
da specie a specie.
• Regola lo sviluppo
della cellula.
• Ha la capacità
di duplicarsi.
Nome comune
Numero di
coppie
di cromosomi
zanzara
3
mosca
6
rospo
11
riso
12
rana
13
alligatore
16
frumento
21
uomo
23
patata
24
asino
31
cavallo
32
cane
39
carpa
52
2
Nelle cellule eucariotiche i cromosomi sono localizzati nel
nucleo mentre nelle cellule procariotiche si trovano in una regione
chiamata nucleoide.
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Localizzazione del DNA
5
Cos’è la cromatina?
I cromosomi sono costituiti da un filamento
a doppia elica di DNA e da proteine (attorno
alle quali lo stesso filamento si avvolge) a
formare complessivamente una struttura
definita cromatina.
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Nucleosoma
il nucleosoma è l'unità fondamentale della
cromatina, ed è composto da DNA
e proteine istoniche. Questa struttura
prevede il primo livello di
compattazione del DNA nel nucleo. I
nucleosomi sono distribuiti in modo regolare
lungo il genoma a formare
un nucleofilamento che può assumere
diversi livelli di compattezza, risultando in
ultimo nel più alto grado di condensamento che
è la metafase cromosomica.
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Nucleosoma
8
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11
Negli eucarioti il DNA è sempre legato a proteine
istoniche e non istoniche a costituire una
struttura che nella interfase è
chiamata cromatina si distingue in:
1. eucromatina che viene trascritta
2.eterocromatina non trascritta e può essere:
a. costitutiva (centromeri)
b. facoltativa (corpi di Barr)
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Sorprendentemente, solo una piccola frazione
(circa il 2%) del DNA eucariotico codifica
proteine.
Il rimanente 98% del DNA sembra essere in
eccesso e la sua funzione non è ancora nota.
Esso è costituito da un gran numero di
sequenze ripetute.
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Il ruolo del DNA nell’ereditarietà
Gli esperimenti di Fredrick Griffith su Streptococcus
pneumoniae (nel 1931) hanno dimostrato la presenza di
un «principio trasformante» ereditabile.
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Il ruolo del DNA nell’ereditarietà
Alfred Hershey e Martha Chase (nel 1952) scelsero un
virus, il batteriofago T2, per determinare quale dei
componenti virali (DNA o proteine) sarebbe penetrato nel
batterio Escherichia coli.
Tali scienziati dimostrarono che il materiale con ruolo
ereditario è il DNA; esso penetra nelle cellule batteriche e
trasmette ai batteri infettati le informazioni genetiche
necessarie a produrre nuovi virus.
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Il ruolo del DNA nell’ereditarietà
Gli esperimenti di Hershey e Chase con i batteriofagi T2 ed
E. coli.
I
II
vedi sopra
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Il DNA e l’RNA, gli acidi nucleici,
sono polimeri di nucleotidi
Il DNA è un polinucleotide, cioè
un polimero di nucleotidi,
ognuno formato da tre parti:
• uno zucchero C5 detto
desossiribosio;
• un gruppo fosfato;
• una base azotata.
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Il DNA e l’RNA, gli acidi nucleici, sono
polimeri di nucleotidi
Esistono quattro diversi tipi di basi azotate. L’adenina (A) e la
guanina (G) sono caratterizzate da un doppio anello e sono
chiamate purine. La timina (T) e la citosina (C) sono
caratterizzate da un anello singolo e sono chiamate pirimidine.
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Il DNA e l’RNA, gli acidi nucleici, sono
polimeri di nucleotidi
L’RNA (acido ribonucleico) differisce dal DNA per il tipo di
zucchero C5 che contiene, il ribosio, e perché al posto della
base azotata timina contiene un’altra pirimidina, l’uracile
(U).
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Formazione del legame fosfodiesterico
Per formare la
catena
polinucleotidica
, al momento
della sintesi di
DNA, nucleotidi
trifosfati
vengono
assemblati con
legame
fosfodiesterico
tra il carbonio
3’ di un
nucleotide ed il
carbonio 5’ del
nucleotide
successivo.
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La struttura del DNA - 1
Ogni molecola di DNA è formata
da due catene antiparallele,
in cui l’appaiamento delle basi
è complementare.
L’elica ha avvolgimento
costante e destrogiro.
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Sadava et al. Biologia.blu © Zanichelli editore, 2012
La struttura del DNA - 2
I nucleotidi all’interno di
ciascuna catena sono uniti
da legami covalenti, mentre
quelli che uniscono i due
filamenti appaiati sono
legami a idrogeno.
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Sadava et al. Biologia.blu © Zanichelli editore, 2012
Il DNA è in grado di replicarsi
La duplicazione del DNA è semiconservativa.
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L’inizio della duplicazione del DNA
Alcuni enzimi del
complesso di duplicazione
aprono la doppia elica
e formano due forcelle
di duplicazione.
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La primasi dà il via alla duplicazione
Su ciascuno dei due filamenti l’enzima primasi sintetizza
un breve primer complementare al filamento stampo.
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La polimerasi continua la sintesi
L’enzima DNA polimerasi aggiunge nucleotidi all’estremità
3' del primer.
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La duplicazione procede diversamente
sui due filamenti
La DNA polimerasi può aggiungere nucleotidi solo
all’estremità 3' di un filamento.
Dunque la duplicazione è continua sul filamento veloce,
ma discontinua e procede a ritroso sul filamento lento.
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La duplicazione del filamento lento
Sul filamento lento sono sintetizzati molti primer seguiti
da frammenti di Okazaki che poi sono uniti dall’enzima
DNA ligasi.
Topoisomerasi*
Le topoisomerasi posizionandosi dopo la DNA elicasi, sulla doppia elica ancora avvolta, effettuano un meccanismo di “taglia
e cuci” per eliminare la tensione torsionale che si viene a creare a causa dello svolgimento eseguito dalla elicasi stessa.
Proteine leganti il DNA (SSB-Proteins)
La DNA elicasi
provvede allo
svolgimento
della doppia
elica. Durante
questo
processo le
proteine SBB
aderiscono
sull’enzima e
impediscono
che si riformi
la doppia elica
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