Biologia Applicata_ Olivieri, Sbobinature di Biologia Applicata

Scarica Biologia Applicata_ Olivieri e più Sbobinature in PDF di Biologia Applicata solo su Docsity! Dna struttura e replicazione Abbiamo bisogno di una singola elica di DNA che possa funzionare come stampo a questo provvede l’elicasi. L’elicasi apre la doppia elica del DNA e poi arriva la primasi, che è un RNA polimerasi ci serve per sintetizzare l’innesco perché la DNA polimerasi non è in grado di mettere la prima lettera. La DNA polimerasi aggiunge i deossinucleotidi. Una direzione di lavoro 5’ 3’. (in avanti). Ci sarà un filamento veloce che viene aperto, si sintetizza l’innesco e verrà sintetizzato man mano che l’elicasi procede. Dall’altro lato useremo il trucco di partire dal centro e tornare indietro in modo tale da seguire la direzione di lavoro della polimerasi ovvero sempre 5’3’. A mano a mano che l’elica procede da un lato abbiamo un filamento che può continuare ad essere sintetizzato quindi un filamento continuo, dall’ altro lato di formano i frammenti di Okazaki. Okazaki il nome dello scienziato che ha scoperto l’esistenza. Quindi a questo punto avremo due problemi: 1. da un lato abbiamo dei frammenti di DNA che ha un’elica integra e un’elica fatta da pezzettini. 2. Ci saranno una serie di primer di RNA Questa polimerasi del filamento che viene chiamato filamento rendig strend La polimerasi è composta da più sub unità proteica, una questa sub unità hanno un’altra capacità enzimatica. La DNA polimerasi ha anche 2 attività esonucleasiche → esonucleasiche significa che mandano fuori i nucleotidi Queste attività hanno 2 direzioni: 1. attività esonucleasica indietro 3’ 5’: La DNA polimerasi ha la struttura simile ad una mano, con le dita prende i nucleotidi e li porta nel sito catalitico (dove avviene la reazione). Più in basso troviamo un tunnel dove passa la doppia elica di DNA che è stata appena sintetizzata. La DNA polimerasi ha il compito di sintetizzare un singolo filamento di DNA (nuovo) che si andrà a ricongiungere con il secondo filamento (vecchio), riformando la doppia elica. La doppia elica ha una distanza costante tra i due filamenti, questa distanza è dovuta dal fatto che la struttura è formata da una pirimidina (più piccola) e da una purina (più grande). Il tunnel inoltre ha una funzione di controllo perché la DNA polimerasi può sbagliare la sequenza delle basi azotate subito dopo aver compiuto l’errore. Ferma quindi l’avanzamento del filamento, attiva la sua capacità esonucleasica 3’ 5’ torna indietro staccando un nucleotide, e corregge l’appaiamento dei legami nucleotidici. 2. attività esonucleasica avanti 5’ 3’: la polimerasi rimuove l’RNA e inserisce al loro posto il nucleotide a DNA, così per tutto il filamento. Quando tutti gli RNA saranno stati sostituiti avremo un frammento che finisce con il DNA e un frammento che inizia con il DNA ma tra di loro non c’è un legame. L’enzima che sa legare due nucleotidi è la ligasi. Single-strend binding protein: DNA è una struttura a doppia elica, in equilibrio chimico. L’ elicasi (anellino che si aggancia ai due filamenti) cammina e apre la doppia elica di DNA, ma questo tenderà a richiudersi. Interviene allora una proteina chiamata SSBP che si lega da una parte e dall’altra dei due filamenti così che non possano più richiudersi dopo il passaggio dell’elicasi. Topoisomerasi (girasi): il DNA è a doppia elica e si avvolge su se stessa. Nel momento in cui l’elicasi cerca di aprire la doppia elica a monte si formano dei super avvolgimenti. Per evitare questi avvolgimenti che fermerebbero l’avanzamento dell’elicasi entrano in azione le topoisomerasi. Possono essere di due tipi: 1. che fanno un taglio nel DNA. 2. taglia due filamenti. Ci sono due momenti chiave per la vita della cellula: 1. FASE S: sintetizzazione e replicazione del DNA 2. FASE M: fase di divisione del materiale genetico nelle due cellule figlie Tutti gli enzimi lavorano insieme in un complesso Nelle cellule non c’è un solo tipo di polimerasi perché polimerasi diverse con caratteristiche diverse che hanno funzioni leggermente diverse in base ai filamenti e questo sia negli eucarioti che nei procarioti. Sintetizzazione DNA: Il complesso cammina sul DNA. Da un lato l’elicasi separa i due filamenti simili che devono essere copiati. Si attacca la polimerasi che avanza e sintetizza la doppia elica dietro di sé. Dall’altro lato le SSBP ricoprono il filamento di DNA che sta aspettando di essere replicato. Tutte le volte che all’interno di una cellula c’è un acido nucleico a singolo filamento senza segnali di riconoscimento potrebbe essere anche un virus allora l’elicasi lo distrugge tagliandolo. Ci sono delle sequenze particolari che dicono alla cellula dove iniziare e dove finire la replicazione (origine di replicazione). Nei procarioti c’è un solo sito di replicazione. Negli eucarioti ci sono più siti di inizio di replicazione, si possono formare diverse forche replicative contemporaneamente sullo stesso filamento, uno cammina dal lato opposto dell’altro e così si viene a formare la bolla replicativa. CROMOSOMI FASE M Corpo di Barr: per pareggiare la quantità di informazioni tra X e Y serve un meccanismo compensativo che compatta una delle due X, ovvero che la renda etero cromatinica, in modo che il DNA non legga le informazioni al suo intero. Nella X compattata troviamo una regione dove c’è una macchia più scura, perché il cromosoma viene reso inattivo ma solo in parte e quella parte è chiamata CORPO DI BAR. 1956 Tjio e Levan determinano che i cromosomi nella specie umana sono 46. Il prof. Fraccaro nel 1976 è stato il primo italiano a fare analisi cromosomiche in Italia. DIVISIONE CELLULARE è presente anche nei procarioti per scissione binaria negli eucarioti sono di due tipi: MITOSI E MEIOSI. Descritta per la prima volta nel 1882 da Fenning. Mito il greco vuol dire fuso 1. MITOSI: riguarda tutte le cellule somatiche, serve per aumentare il numero delle cellule e sostituire le cellule che sono invecchiate. Consiste nella divisione del materiale genetico duplicato in precedenza nella fase S. Nella fase S ciascun cromosoma diventa composto da due cromatidi fratelli uniti a livello del centromero che si separano durante l’Anafase e questo permetterà di partire da una cellula madre a 46 cromosomi e otterremo due cellule figlie a 46 cromosomi. Mantiene inalterato il numero di cromosomi e non vede differenze tra maschio e femmina. Si suddivide in alcune sottofasi: - PROFASE: la cromatina comincia a condensarsi, le coppie di centrioli che fino ad ora erano vicini, cominciano ad allontanarsi e raggiungere i poli opposti della cellula. - PROMETAFASE: Il nucleo scompare. I centrioli stanno organizzando le fibre del fuso composte da: le fibre interpolari, le fibre del cinetocore e le fibre dell’aster. Le fibre dell’aster sono quelle che dai centrioli partono e prendono contatto con la membrana. I cromosomi continuano a compattarsi - METAFASE: Le fibre del cinetocore partono e si attaccano sui cromosomi a livello di una struttura proteica molto complessa chiamata CINETOCORE che è presente sul centromero e vengono spostate proprio da queste fibre a livello dell’equatore (piastra metafasica). I cromosomi in questa fase raggiungono il massimo livello di compattamento. - ANAFASE: si separano i cromatidi fratelli che passano da 1 cromosoma a 2 cromatidi, a 1 cromosoma a 1 cromatide e migrano verso i poli opposti della cellula - TELOFASE: i cromosomi sono arrivati ai poli opposti della cellula e si despiralizzarsi, si riforma l’involucro nucleare e a livello dell’equatore, dove le fibre interpolari si sovrappongono, si forma un anello contrattile di actina e miosina che forma una strozzatura finchè le due cellule si separano attraverso la CITODIERESI I microtubuli interpolari spingono la cellula che quindi si allunga. L’anello interpolare si formerà proprio dove i microtubuli si sovrappongono. Le fibre interpolari partono da una coppia di centrioli e si sovrappongono all’equatore. 2. MEIOSI: divisione cellulare che osserviamo solo negli eucarioti che fanno riproduzione sessuata, non in tutto l’organismo ma solo per le cellule riproduttive, si divide in: - 1 divisione meiotica - 2 divisione meiotica riguarda solo le cellule germinali (cellule deputate alla produzione cellule produttive) ha lo scopo di dimezzamento del numero cromosomico e di introdurre variabilità genetica. Segue una duplicazione del materiale ereditario Crossing over: Scambio di materiale genetico tra cromosomi omologhi e anche questo aumenta la variabilità genetica. Durante la profase I due cromosomi omologhi si avvicinano si creano dei ponti proteici e si scambiamo materiale genetico tra loro attraverso i CROMATIDI. Alla fine della meiosi: da una cellula madre da 46 cromosomi si ottengono 4 cellule figlie a 23 cromosomi (aploidi). La meiosi di divide in: - PROFASE I: la cromatina comincia a condensarsi, le coppie di centrioli che fino ad ora erano vicini, cominciano ad allontanarsi e raggiungere i poli opposti della cellula. L’involucro nucleare si dissolve. I cromosomi omologhi affiancano, si appaiono e fanno crossing over. - METAFASE I: I cromosomi sono al massimo livello di condensazione e vengono disposti dalle fibre del fuso a livello dell’equatore - ANAFASE I: In questa fase si separano i cromosomi omologhi; un cromosoma (es 18 A) verrà spostato verso un polo e l’altro cromosoma omologo (es 18 B) verrà spostato vero il polo opposto. Questa divisione si chiama RIDUZIONALE perché riduce il numero dei cromosomi - TELOFASE I: I cromosomi arrivano ai lati opposti dei poli della cellula, si despiralizzano poco perché inizierà subito dopo la seconda fase meiotica, si forma l’anello contrattile e si separano le due cellule attraverso la CITODIERESI. - PROFASE II: ricominciamo a compattarsi, i centrioli si separano e migrano ai poli opposti della cellula. - METAFASE II: I cromosomi hanno raggiungono il massimo livello di compattamento e vengono disposti all’equatore della cellula. Ciascun cromosoma prende contatto contemporaneamente con i due poli opposti - ANAFASE II: si separano i cromatidi fratelli - TELOFASE II: i cromosomi arrivano ai poli opposti, si crea l’anello contrattile e si separano i citoplasmi. Noi abbiamo 46 cromosomi → un set di cromosomi dalla mamma (1, 2, 3… 22 e X) Un set di cromosomi dal papà (1, 2, 3… 22 e X/Y) Durante la meiosi un cromosoma contenente una certa informazione andrà da un lato, e un cromosoma andrà dall’altro in modo totalmente casuale. In questo modo possiamo avere un numero altissimo di combinazioni genetiche (223) Abbiamo una divisione cellulare specifica per le cellule che daranno origine ai gameti maschili e femminili, che troviamo solo negli organismi che fanno riproduzione sessuata. È fondamentale per la variabilità genetica. Meiosi maschile: inizia alla pubertà, da una cellula genitrice chiamata spermatogonio che si divide per mitosi e diventa SPERMATOCITA PRIMARIO che fa la prima divisione meiotica. Lo spermatocita primario entra in meiosi e otteniamo 4 cellule riproduttive mature (spermatozoo), questo processo dure 72 giorni. Meiosi femminile: iniziano la meiosi durante lo sviluppo embrionale interno al terzo mese di gravidanza, si interrompe poi al sesto mese di gestazione e ricomincerà all’inizio della pubertà. Avviene da una cellula progenitrice che si chiama Oogonio che si divide per mitosi e diventa OOCITA PRIMARIO. L’ oocita primario entra in meiosi otteniamo 4 cellule ma solo 1 cellula è riproduttiva matura (ovulo) le altre 3 muoiono. La spermatogenesi (meiosi maschile) Dallo spermatocita primario otteniamo due cellule da 23 cromosomi, che si chiamano spermatociti secondari, che fanno la II divisione meiotica. A loro volta gli spermatociti secondari si dividono e otteniamo 4 cellule da 23 cromosomi chiamati SPERMATIDI. Questi devono subire un processo per maturare dal nome spermio istogenesi per poter fecondare e diventa spermatozoo. Durante il processo di maturazione perderà il citoplasma e acquisirà un flagello che permetterà a loro di muoversi. La spermatogenesi avviene nei tubuli seminiferi contenuti nei testicoli, i tubuli sono separati dal resto del tessuto da una lamina basale, e al suo interno troviamo gli spermatogoni e cellule del septoni. A mano a mano che la spermatogenesi avanza le cellule si spostano dalla lamina basale fino ad arrivare verso il lume, alla fine gli spermatozoi ormai completi andranno nella prostata. I tubuli seminiferi sono separati dal resto del testicolo perché il sistema immunitario attacca le cellule. Nei maschi adulti vengono prodotti 50/100 milioni di spermatozoi al giorno. OOGENESI: Terzo mese di gravidanza: le cellule primordiali entrano nella gonade (ovaio) diventano oogoni e si dividono per mitosi e fecondano l’ovaio. L’Oogonio è una cellula diploide, si divide per mitosi e intono al 4/5 mese alcuni di questi diventano Oocita primario fa la prima divisione meiotica che si ferma durante lo sviluppo embrionale. Alla pubertà oocita primario riprende la divisione meiotica da dove si era fermata Alla fine, avremo una divisione asimmetrica del citoplasma. La parte grade del citoplasma andrà a formare l’oocita secondario e la parte piccola del citoplasma che formerà il I globulo polare. RNA POLIMERASI NEI PROCARIOTI Nei procarioti abbiamo una solo RNA polimerasi. I geni sono scritti di seguito e non troviamo il nucleo. A mano a mano che l’RNA viene trascritto i ribosomi si attaccano e posso iniziare la traduzione. Quindi la trascrizione e traduzione avvengono quasi simultaneamente. Il fattore di trascrizione che si occupa di richiamare l’RNA polimerasi su un sito di trascrizione si chiama sigma. Sigma oltre a richiamare l’RNA polimerasi orienta la sua direzione di trascrizione (5’3’). Sigma copia i filamenti di DNA fino a quando la polimerasi non trascrive delle sequenze di terminazioni, che una volta trascritte assumono una conformazione particolare “struttura a forcina”. Questa struttura rallenta l’RNA polimerasi. Esistono due famiglie di sequenza di terminazioni diverse: 1. RHO indipendenti: la polimerasi si ferma e si stacca autonomamente 2. RHO dipendenti: la polimerasi di ferma ma non si stacca, così interviene una proteina chiamata RHO che ha una funzione di elicasi, riesce a staccare la polimerasi. PROCESSO DI TRADUZIONE mRNA viene portato ai ribosomi che lo trasformano da una sequenza di nucleotidi di acido nucleico a sequenza di amminoacidi all’interno di una proteina. I ribosomi sono organulo cellulare deputato alla traduzione e sono formati da proteine e da rRNA. Ma per la traduzione serve anche il tRNA (ponte molecolare tra l’acido nucleico e l’amminoacido). tRNA: struttura a “L” rovesciata che vede a un’estremità la regione dove si attacca l’amminoacido, e all’altra estremità la regione dell’anticodone. Il codice genetico è un insieme di regole che premette di collegare la sequenza di basi degli acidi nucleici con la sequenza degli amminoacidi nelle proteine. Le basi sono lette 3 a 3: triplette (insieme di tre lettere) L’ordine degli amminoacidi in una proteina corrisponde all’ordine dei codoni sull’mRNA. Il codice è degenerato o ridondante, non è ambiguo ed è universale. La lettura è lineare non per sovrapposizione senza “,”. Abbiamo a disposizione 64 combinazioni diverse a fronte di 20 amminoacidi che bisogna codificare. Delle 64 combinazioni 3 non corrispondo a nessun amminoacido e sono i codoni di STOP, indicano al ribosoma che la proteina è stata sintetizzata fino alla fine. AUG: codifica per la metionina e indica l’inizio della traduzione Per fare la traduzione ci serve quindi: mRNA: che ha le istruzioni per la sintesi delle proteine Ribosomi: organuli deputati per la traduzione GTP: per l’energia tRNA carichi: significa che alla loro estremità 3’H è legato l’amminoacido, l’amminoacido viene legato dall’enzima amminoacil tRNA sintetasi. PROCESSO DI SINTESI PROTEICA DEGLI EUCARIOTI I ribosomi hanno tre nicchie dove entra il tRNA: - sito E (exit): di uscita - sito P (peptidilico): troviamo la catena polipeptidica nascente - sito A (amminoacilico): troviamo il nuovo amminoacido L’inizio della traduzione nei procarioti è suddivisa in tre passaggi: 1. abbiamo il legame di alcuni fattori della molecola di GTP ala sub unità minore del ribosoma. Questa sub unità minore del ribosoma si può legare all’mRNA ci scorre sopra fino a che non riconosce la sequenza di legame del ribosoma (sequenza di shine-..) e si ferma. Si lega il primo tRNA, si stacca uno dei fattori di inizio trascrizione. Quando il complesso (sub unità minore, tRNA, fattori di rilascio) si è formato arriva anche la sub unità maggiore ed il ribosoma a questo punto è completo e si può proseguire con la traduzione. 2. Processo di allungamento: - Legame di un nuovo tRNA al ribosoma: Nel sito A è esposto un codone UCC dove cominceranno a entrare dei tRNA, finchè non entrerà il tRNA che contiene come anticodone la sequenza complementare al codone sottostante formando legami ad idrogeno. - La formazione del legame peptidico: La regione catalitica (peptidil transefari) del ribosoma ha il tempo di fare la reazione. Troveremo un tRNA scarico e la catena polipeptidica allungata di un amminoacido. - Movimento di traslocazione del ribosoma sulla sequenza: Il ribosoma si sposta sulla sequenza di tre basi. Il tRNA scarico è nel sito E pronto ad uscire. Nel sito P troviamo una catena polipeptidica nascente. Appena il tRNA scarico esce, nel sito A può entrare un nuovo tRNA carico. Questo processo termina quando si presenta un codone di STOP nel sito A. Tutte le componenti (sub unità minore e maggiore, tRNA, fattori di rilascio) si staccano dall’ mRNA. MUTAZIONI: malattia genetiche: errore nel gene Il cambiamento di una base quando cade in un codone, può cambiare il significato di quel codone. - Missenso: causano la sostituzione di un amminoacido con un altro - Non senso: causano a terminazione prematura nella sintesi della proteina - Silenti: cambiamento di un codone, ma non cambia amminoacido. Le mutazioni avvengono perché siamo esposti a eventi chimici e fisici, il fumo di sigaretta.