Il flusso dell`informazione genetica

Il flusso dell’informazione genetica
il ruolo dei polimeri di nucleotidi
traduzione
trascrizione
DNA
RNA
Proteina
replicazione
DNA
replicazione: sintesi del DNA
trascrizione: sintesi del RNA
traduzione:
sintesi delle proteine
Genetic Information Flow:
DNA
RNA
“The Central Dogma”
Francis Crick, 1957
Protein
DNA acido deossiribonucleico
RNA acido ribonucleico
DNA è la molecola dell’ereditarietà in tutte le forme di vita cellulare
di procarioti e eucarioti, e in molti virus
• dirige la propria replicazione durante la divisione cellulare
• dirige la trascrizione di molecole complementari di RNA
RNA ha diverse funzioni biologiche
• RNA-messaggero: dopo essere stato trascritto dal DNA dirige la sintesi delle
proteine sui ribosomi (traduzione)
• RNA-transfer: durante la sintesi proteica porta gli AA sui ribosomi secondo
le istruzioni di mRNA
• RNA-ribosomiale: presente nei ribosomi, costituiti per due terzi da RNA e per un
terzo da proteine (ruolo strutturale e funzionale)
• RNA associato a proteine specifiche (ribonucleoproteine) che partecipano a
processi di modifica post-trascrizionale di altri RNA
Evidenze che il DNA è il vettore dell’informazione genetica
• TECNOLOGIA DEL DNA RICOMBINANTE
• esperimenti transgenici
• le mutazioni alterano
il fenotipo
Iniettato nel nucleo di un
uovo di topo fecondato
Plasmide che porta il
gene dell’ormone
della crescita di ratto
(Somatotropina)
e un gene promotore
Genotipo: costituzione genetica di un organismo
Fenotipo: le caratteristiche osservabili di un organismo
determinate dalle caratteristiche genetiche e
ambientali
Che cos’è un gene?
•Avery, MacLeod, McCarty (1944): il principio attivo nella trasformazione è il DNA
S
R
DNA e RNA: le molecole dell’ereditarietà
• Struttura e Chimica di DNA e RNA
• I geni
• Il flusso dell’informazione genetica
replicazione, mutazione, riparazione del DNA
trascrizione dell’informazione: RNA
• Traduzione e Sintesi Proteica
Struttura e Chimica
•Il DNA è un polimero lineare di deossiribonucleotidi
•L’RNA è un polimero lineare di ribonucleotidi
Nucleoside
base+ribosio
legame glicosidico: la base è
attaccata in posizione C1’
Nucleotide
Nucleoside 5’-monofosfato
Purine e Pirimidine
PURINE
Purina
adenina A
guanina G
PIRIMIDINE
Pirimidina
citosina C
uracile U
timina T
RNA
DNA
La catena di zuccheri uniti da legame fosfodiestere (3’-5’)
costituisce lo scheletro covalente dell’acido nucleico
Le parti variabili sono le basi derivate dalla purina e dalla pirimidina
A e G
C e T (o U)
Basi Azotate Puriniche
• altamente coniugate, quasi planari
• forme tautomeriche (ammino-immino; cheto-enolo)
5
4
7
8
adenina A
9
Legame con C1
guanina G
Legame con C1
Basi Azotate Pirimidiniche
• altamente coniugate, planari
• forme tautomeriche (ammino-immino; cheto-enolo)
citosina C
Legame con C1
timina T
uracile U
sostituisce la T
nel RNA
C1
N9
Nucleotide: adenosina 5’-monofosfato (AMP)
Nucleoside: adenosina
Nucleotide: GMP
Nucleoside: guanosina
N1
Nucleotide: TMP
Nucleoside: timidina
Nucleotide: CMP
Nucleoside: citidina
Nucleotide: UMP
Nucleoside: uridina
Proprietà dei nucleotidi
pKA= 0.9 ionizzazione primaria del fosfato
pKA= 6.1 ionizzazione secondaria del fosfato
Deossiadenosina 5’-monofosfato
La presenza di anelli coniugati nelle
basi produce assorbimenti
della luce nel vicino UV
acidi forti
ATP un nucleotide importante
Il legame fosfodiestere
ApUpCpGp o AUCGp
Verso della
catena
•Gli acidi nucleici sono polimeri lineari
di nucleotidi
•I legami fosfodiesteri sono in direzione
3’
5’
• le sequenze vengono scritte per
convenzione
con l’estremità 5’ a sinistra
la sequenza nucleotidica contiene
l’informazione (struttura
Il legame fosfodiestere
La reazione di disidratazione (eliminazione di una molecola d’acqua per condensazione
di due nucleotidi) ha ∆G°=+25 kJmol-1 ! ⇒ l’idrolisi è termodinamicamente favorita!!!
Metastabilità di DNA e RNA dovuta a idrolisi
estremamente lenta (inerzia cinetica)
Catalizzatori possono rendere veloce l’idrolisi
in vivo: enzimi nucleasi catalizzano l’idrolisi
Catalizzatori possono rendere veloce l’idrolisi
in vitro: la catalisi acida causa l’idrolisi in DNA e RNA
la catalisi basica causa l’idrolisi solo in RNA
La reazione accoppiata rende termodinamicamente favorita
la formazione del legame fosfodiestere
Il nucleoside da aggiungere viene presentato come trifosfato
nucleoside trifosfato + H2O
↔ nucleoside monofosfato + PPi
(catena)N + nucleoside monofosfato ↔ (catena)N+1 + H2O
∆ G0= -31 kJmol-1
∆ G0= +25 kJmol-1
(catena)N + nucleoside trifosfato ↔ (catena)N+1 + PPi ∆ G0= -6 kJmol-1
ATP, GTP, UTP, TTP
Monosaccaridi (CH2O)n
derivati aldeidici o chetonici di alcoli poliossidrilici
in base al gruppo carbonilico
aldosi
chetosi
classificazione
in base al numero di atomi di carbonio
n=3 triosi
n=4 tetrosi
n=5 pentosi
n=6 esosi
--------
Il ribosio è uno zucchero aldopentoso
Convenzione di Fischer
Configurazione assoluta
H sotto il piano
negli zuccheri vi sono numerosi at. di carbonio asimmetrici
n =numero di atomi di carbonio
aldosi
2n-2 stereoisomeri (suddivisi in coppie di enantiomeri D, L)
chetosi
2n-3 stereoisomeri (suddivisi in coppie di enantiomeri D, L)
Addizioni di alcoli al gruppo carbonilico
Nei monosaccaridi ad almeno 5 atomi di carbonio, la formazione
intramolecolare di emiacetale porta a strutture cicliche stabili
•Gli zuccheri, a partire dai pentosi possono dare strutture
cicliche, a 5 (furanosi) o 6 atomi (piranosi)
L’atomo asimmetrico più lontano dal carbonile
che determina la configurazione D (o L)
La posizione dell’ossidrile legato
all’at. di C anomerico indica la
configurazione α (o β)
Il ribosio nei nucleotidi : β-D-ribofuranosio
β
Conformazione a mezza sedia
C(3’) fuori dal piano (sopra: endo).
Anche C(2’) può essere fuori
piano
La composizione di basi del DNA è governata dalle regole di
CHARGAFF
• Il numero di A è uguale al numero di T
• Il numero di G è uguale al numero di C
La composizione di basi del DNA di un dato organismo è
caratteristica ed è indipendente dai fattori ambientali
L’RNA, che di solito è presente in filamento singolo, non ha
limitazioni apparenti nella composizione in basi