Esame di biologia applicata, Appunti di Biologia Applicata

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Citoplasma Il citoplasma è cos5tuito per l’80% da acqua e il restante è cos5tuito sia da componen) inorganiche (Na, K, Mg, Ca, Zn, Fe, P, S), sia da componen5 organiche (proteine, acidi nucleici, carboidra5 e lipidi). Nel citoplasma delle cellule procariote non sono contenu5 organuli ma solo ribosomi. A volte sono presen5 inclusioni citoplasma5che, per lo più granuli di riserva contenen5 glicogeno, lipidi. Fimbrie o pili Alcuni procario9 sono cara;erizza9 dalla presenza di fimbrie o pili, organi di ancoraggio per infe;are la cellula e perme;ono ai ba;eri di aderire gli uni agli altri. I pili sono stru;ure filamentose proteiche che si trovano sulla superficie di alcune cellule ba;eriche. La proteina che li compone si chiama pilina. Si dividono in pili cavi e non cavi: - I pili cavi perme;ono il passaggio del DNA, de;o pilo coniuga)vo o pilo sessuale; - I non cavi perme;ono l’ancoraggio a substra9 nutri9vi. FlagellI I flagelli sono appendici filamentose, u5lizzate per lo spostamento nei liquidi. Hanno una forma elicoidale e sono cos5tui5 da tre domini differen5: filamento, uncino e corpo basale: - FILAMENTO: unità ripetute di flagellina; - UNCINO: unità ripetute di una singola proteina con la funzione di conneDere il filamento al corpo basale. È fondamentale la sua presenza perché senza di questo, il flagello sarebbe una struDura driDa non più in grado di impar9re moto circolare. - CORPO BASALE: localizzato tra citoplasma e membrana esterna. Le proteine Mot funzionano da motore flagellare mentre le proteine Fli come inver9tore. Ribosomi I ribosomi sono organuli liberi nel citoplasma o associa9 ad alcune membrane citoplasma9che. Ospitano la sede della sintesi proteica e sono cos9tui9 da due subunità principali: una maggiore e una minore, che devono essere unite affinché l’organulo possa svolgere la propria funzione. Nucleoide: Il nucleoide è contenuto solo nelle cellule procariote, ed è una regione dalla forma irregolare nella quale si trova materiale gene9co, cos9tuito da DNA. Si è visto che, il nucleoide è cos9tuito per il 60 % da DNA. Gli altri due cos9tuen9 sono mRNA e da proteine I procario8 si dividono per scissione binaria (riproduzione asessuata): i procario9 si riproducono mediante un 9po di divisione cellulare chiamato scissione binaria. Tale processo può essere riassunta in più passaggi: 1. Un fa;ore esterno deve dare il via al processo (cambiamento di temperatura, disponibilità di nutrien9 ecc); 2. La cellula deve accrescere di dimensioni e duplicare il proprio DNA; 3. Quando la duplicazione del cromosoma è completa e le dimensioni del ba;erio sono circa raddoppiate, la cellula si divide in due cellule figlie più piccole che poi accrescono. Queste cellule procariote, si dividono molto velocemente, in circa 20 minu9. Plasmidi Alcune cellule contengono anche piccole molecole di DNA extracromosomico a doppio filamento chiama9 plasmidi: • I ba;eri possono non averne, averne uno solo o averne tan9; • Si replicano in modo autonomo; • Presenza del sito ORI per la replicazione del DNA; • Non contengono geni essenziali per la vita ma possiedono informazioni che portano vantaggi alla cellula: - Tossine, pili ed adesine; - Enzimi che danno resistenza ai farmaci an9ba;erici (plasmide R*); - BaFeriocine (pep9di) che inibiscono o uccidono altre specie ba;eriche. NB. I plasmidi denomina9 EPISOMI si integrano al cromosoma e si replicano con esso Vi sono diversi 9pi di plasmidi: - PLASMIDI METABOLICI: comprendono geni che codificano per la produzione di enzimi che degradano par9colari sostanza quali gli idrocarburi. Le specie Pseudomonas possono metabolizzare sostanze tossiche e u9lizzarle come fonte di carbonio perché hanno plasmidi che codificano par9colari enzimi catabolizzan9; - PLASMIDI COL: codificano per le colicine, sostanze proteiche ad azione ba;ericida; - PLASMIDI DELLA VIRULENZA: incrementano la patogenicità dell’ospite; - PLASMIDI F: hanno geni che controllano la formazione del pilo, necessari per la coniugazione. Il fa;ore F può essere trasferito durante la coniugazione; - PLASMIDI R: codificano par9colari proteine che contribuiscono a distruggere o a modificare l’an9bio9co. I procario9 hanno diversi metodi di trasferimento genico orizzontale: • CONIUGAZIONE: L’esistenza del plasmide F divide i ba;eri in due classi: F+ (le cellule che possiedono il plasmide F) e F− (le cellule che non lo possiedono), quindi la coniugazione sessuale avviene tra un ba;erio “donatore” e un ba;erio “acce;ore”. Il processo avviene per la presenza di un pilo sessuale, che lega la cellula donatrice alla cellula ricevente, consentendo l’unione dei citoplasmi. Lo scambio di materiale gene9co avviene poi grazie alla presenza di un tubo di coniugazione, che perme;e il passaggio del DNA dalla cellula donatrice a quella ricevente. Una volta che il DNA del donatore si trova nella cellula ricevente, si può ricombinare col suo genoma; in par9colare avviene un processo molto simile al crossino-over che avviene nelle cellule eucariote. • TRASFORMAZIONE: 1. Un ba;erio muore e rilascia il proprio DNA; 2. Frammen9 di DNA esogeno si legano a proteine presen9 sulla superficie di un ba;erio vivo; 3. Il DNA entra nella cellula e una parte di esso è incorporata nel DNA della cellula ospite per ricombinazione reciproca. • TRASDUZIONE: consiste nel passaggio del DNA di un ba;erio ad un altro tramite un fago. Questo processo avviene perché durante il ciclo li9co vi è un errore nel meccanismo replica9vo dei ba;eriofago, che porta all'inglobamento, nelle par9celle virali, di porzioni di genoma ba;erico. In seguito a questo errore si verranno a produrre par9celle virali in grado di infe;are altre cellule, le quali possederanno al proprio interno sia genoma virale che genoma ba;erico, oppure parte di DNA ba;erico e virale. Parete cellulare FUNZIONE La parete cellulare è presente nella maggior parte dei procario9 e circonda la membrana citoplasma9ca. Non è presente negli archea, nei micoba;eri e nei micoplasmi*. Questa è cara;erizzata da mol9 stra9 di pep8doglicano, interseca9 ad acidi teicoici (polimeri di alcoli esterifica9 con acido fosforico), spesso associa9 ad amminoacidi e porzione lipidica. Tale parete è indispensabile per le cellule ba;eriche in quanto svolge diverse funzioni quali: 1. Rigidità alla cellula per l’elevata pressione osmo9ca presente nel citoplasma ba;erico; 2. Impedisce la lisi o il collasso della cellula, in risposta a variazioni della pressione osmo9ca; 3. Protegge la cellula da insul9 meccanici; 4. Determina la forma dei ba;eri; 5. Protegge la cellula da sostanze tossiche, come detergen9, an9bio9ci e disinfe;an9; 6. StruFura altamente polare, quindi si oppone al passaggio di molecole idrofobiche mentre perme;e il passaggio di compos9 idrofili. Comunque le funzioni più importan9 sono due: • Impedire che le cellule ba;eriche si rompano per effe;o della pressione osmo9ca: la maggior parte dei ba;eri vivono in mezzi ipotonici, dove la concentrazione dell’acqua è maggiore all’esterno rispe;o all’interno della cellula. L’acqua entrerebbe fino ad uguagliare le due concentrazioni e quindi la cellula si gonfierebbe e scoppierebbe. Proprio per questo mo9vo, la parete resiste alla pressione dell’acqua e impedisce il rigonfiamento. • Protezione della membrana plasma9ca e dell’ambiente cellulare da sostanze dannose (es: tossine, DNAsi, proteasi, lipasi) e l’ingresso di nutrien9. Di conseguenza la parete cellulare potrebbe rappresentare anche un danno per la cellula ba;erica, in quanto: - Sensibile al lisozima (enzima presente nelle lacrime, muco, saliva) capace di rompere il legame b(1-4) causando la formazione di un protoplasto, una cellula ba;erica priva di parete con la sola membrana cellulare; - Può essere riconosciuta dal sistema immune - Riconosciuta come target da alcuni an9bio9ci. CELLULA EUCARIOTE CELLULA EUCARIOTE Una delle cara*eris-che fondamentali delle cellule eucariote è la presenza di più compar-men-. CITOPLASMA I primi biologi credevano che le cellule fossero cos-tuite da un gel omogeneo (PROTOPLASMA). Successivamente con l’introduzione del microscopio ele*ronico e di altri strumen- di ricerca, è stato possibile migliorare la conoscenza dell’ambiente interno della cellula; infaC i biologi definiscono la porzione di protoplasma, esterna al nucleo - CITOPLASMA mentre quella interna - NUCLEOPLASMA. Mol- organuli poi sono sospesi nella componente fluida, chiamata CITOSOL. Ha una composizione iden-ca al citoplasma delle cellule procariote ed è la sede delle reazioni che determinano il metabolismo cellulare. NUCLEO Il nucleo è l’organulo più rilevante della cellula eucariote, ha forma sferica o ovoidale e al suo interno è localizzato il DNA. L’involucro nucleare è avvolte da un membrana a doppio strato (separa il contenuto del nucleo dal citoplasma), a*raversata da migliaia di pori nucleari. NB. I pori nucleari rappresentato il più grande e complesso di assemblaggio di proteine. Ciascuno poro è circondato poi da una stru*ura ad o*agono di complessi proteici, de*a canestro. Inoltre, sono molto importan- in quanto regolano il passaggio di materiali di grandi dimensioni, tra cui proteine e ribosomi, mentre gli ioni e le molecole biologiche passano liberamente. Internamente, l’involucro nucleare è rives-to da uno strato di filamen- proteici de*o lamina nucleare: FUNZIONI • Conferisce forma; • Conne*e la membrana interna con la croma-na; • Ruolo importante nella duplicazione del DNA e nella regolazione del ciclo cellulare. È cos-tuita da tre proteine di membrana, appartenen- alla famiglia dei filamen- intermedi del citoscheletro: Lamina-A,B e C. Mutazioni nei geni che codificano le proteine della lamina nucleare sono associate a diverse malaCe gene-che umane (LAMINOPATIE). Si manifestano con feno-pi diversi: - TESSUTO - SPECIFICHE come distrofie muscolari… - SISTEMICHE come l’invecchiamento precoce (PROGERIA) PROGERIA È una malaCa gene-ca cara*erizza dalla comparsa di un invecchiamento precoce nei bambini. Dovuta da una mutazione del gene chiamato LMNA che codifica per la proteina LAMIN-A, che fornisce sostegno stru*urale del nucleo cellulare. La mancanza della proteina rende instabile il nucleo, comprome*endo le sue funzioni e determinando una sintesi proteica sregolata che porta ad un processo di invecchiamento precoce. Come an-cipato prima, il nucleo con-ene il DNA combinato con proteine basiche (istoni). DNA e istoni sono organizza- in unità de*e nucleosomi, cos-tui- da un nucleo centrale (core). Ogni nucleosoma è collegato all’altro da un filamento con-nuo di DNA stru*urato come solenoide. Sono stre*amente salda- tra loro da una molecola di istone H1 mentre i traC di DNA, che collegano due nucleosomi tra loro, sono deC linker. La membrana esterna dell’involucro nucleare è con-nua nel sistema di endomembrane. SISTEMA DI ENDOMEMBRANE È una rete di organuli che scambiano materiali a*raverso piccole vescicole di trasporto avvolte da membrana: - RETICOLO ENDOPLASMATICO; - APPARATO DI GOLGI; - ORGANULI CITOPLASMATICI (vescicole, lisosomi, periossisomi, mitocondri e vacuoli) RETICOLO ENDOPLASMATCO Il re-colo endoplasma-co è cos-tuito da una rete di stru*ure membranose: tubolari o cisterne, che racchiudono una cavità de*a lume. Questa regione con-ene un insieme di enzimi che catalizzano una serie di differen- reazioni biochimiche. Inoltre, è importante so*olineare che il lume è un sito di deposito di calcio, il quale partecipa alla segnalazione intracellulare. È possibile dis-nguere due -pi di re-colo endoplasma-co: RE rugoso e RE liscio. RETICOLO ENDOPLASMATICO LISCIO Il re-colo endoplasma-co liscio ha un aspe*o tubolare e la superficie della sua membrana esterna appare liscia (NO PRESENZA DI RIBOSOMI). Si occupa: - Sintesi di numerosi lipidi e carboidra=, in par-colare dei FOSFOLIPIDI, per la formazione della membrana plasma-ca e sinte-zza, a par-re dal colesterolo, gli ormoni steroidei. - Ruolo di degradazione del glicogeno di riserva nelle cellule epa-che; - Immagazzina ioni calcio; - Centro di detossificazione (fegato): degrada sostanze nocive, sostanze di rifiuto derivan- dal metabolismo, di farmaci, droghe e alcol, che sono trasforma- in compos- idrosolubili che possono essere escre- ed elimina-. RETICOLO ENDOPLASMATICO RUGOSO Il re-colo endoplasma-co rugoso appare tale in quanto sulla superficie esterna si trovano i ribosomi, i quali sono deC lega- se a*racca- al RER mentre i liberi se si trovano in sospensione nel citosol. Il RER svolge un ruolo fondamentale nella sintesi e nell’assemblaggio delle proteine (proteine dei lisosomi, dell’apparato di Golgi …). Quando un mRNA, che codifica per una proteina, entra nel citosol si associa ad un ribosoma, il quale viene trasportato sulla superficie delle membrana del RE a cui si a*acca. Successivamente il polipep-de sinte-zzato, passa a*raverso un tunnel nel ribosoma e in un poro del RE; e se des-nato ad essere esportato dalla cellula o ad altri organuli, passa dire*amente nel lume dove viene modificato da enzimi che aggiungono lipidi o carboidra- complessi. APPARATO DI GOLGI L’apparato di Golgi è un complesso di membrane che modifica e smista le proteine che riceve dal RE e poi le impacche*a in vescicole di trasporto des-nate ai diversi componen- del sistema delle endomembrane. Nella maggior parte delle cellule, è formato da pile di sacche membranose appiaCte chiamate cisterne e ciascuna di queste sacche ha uno spazio interno de*o lume. Inoltre, questo apparato è cos-tuito da tre aree: • superficie cis o di formazione => è collocata vicino al nucleo e ha la funzione di ricevere i materiali contenu- nelle vescicole di trasporto provenien- dal RE; I microtubuli sono lunghi cilindri cavi, dota- di polarità (due estremità + e -), cos-tui- da due proteine: a-tubolina e b-tubolina, che si combinano tra di loro per formare un dimero. Oltre a svolgere un ruolo stru*urale nella formazione del citoscheletro, sono coinvol- nel movimento dei cromosomi durante la divisione cellulare. Inoltre, fungono da binari lungo i quali scorrono le proteine motrici* e cos-tuiscono i principali componimen- stru*urale delle ciglia e dei flagelli*. PROTEINE MOTRICI* Vanno incontro a cambi di forma tramite idrolisi di ATP: - CHINESINA => muove gli organuli verso l’estremità + dei microtubuli; - DINEINA => trasporta gli organuli nella direzione -. Questo è de*o trasporto retrogrado e richiede anche un complesso proteico de*o dinac;na. CIGLIA E FLAGELLI Sono faC di microtubuli: - CIGLIA => corte e molte, ba*ono fle*endosi da una parte e dall’altra; - FLAGELLI => lunghi e pochi, si muovo ondeggiando. CENTROSOMA Il centrosoma è una stru*ura importante per la divisione cellulare, con-ene due stru*ure de*e centrioli, cos-tuite da 9 triple*e di microtubuli disposte a formare un cilindro cavo. GIUNZIONI CELLULARI Le giunzioni cellulari collegano una cellula a quella vicina ed ancorano le cellule alla matrice extracellulare. Esistono vari -pi: - GIUNZIONI OCCLUDENTI (STRETTE) => perme*ono una saldatura delle membrane, tanto da impedire il passaggio di qualsiasi fluido. Sono -piche negli epiteli interni intes-nali, in quanto impediscono alle sostanze che si trovano nell’intes-no di entrare nel circolo sanguigno e nella barriera emato-encefalica , che impedisce alle diverse sostanze tossiche di passare dal sangue al cervello; - GIUNZIONI DI ANCORAGGIO => consentono il passaggio di materiali tra cellule adiacen-. Queste sono di due -pi: • ADERENTI => sigillano le cellule fra loro; • DESMOSOMI => strato resistente ma anche flessibile, in quanto lascia spazi tra le membrane per far passare delle sostanze. - GIUNZIONI COMUNICANTI => cos-tuite da molecole di connessina, formano canali di membrana che perme*ono il passaggio di piccole molecole inorganiche tra cellule adiacen-. MATRICE EXTRACELLULARE Molte cellule animali sono circondate da matrice extracellulare. Tale matrice è composta da acqua e da grandi proteine fibrose (collagene) immerse in una matrice di glicoproteine e glicolipidi, che cos-tuiscono i proteoglicani. A seconda del -po di proteina fibrosa contenuta nel gel gela-noso, la matrice può assolvere a numerose funzioni: - Adesione; - Sostegno e resistenza alla trazione; - Elas-cità ai tessu-; - Orienta i movimen- della cellula nello sviluppo e nella riparazione dei tessu- ed influenza la forma della cellula; - Segnali chimici (INTEGRINE) NB. Le integrine sono glicoproteine transmembrana che promuovono l’adesione cellulare, conne=ono il citoscheletro alla matrice extracellulare e mediani segnali di meccanotrasduzione. MEMBRANA CELLULARE - DIFFUSIONE FACILITATA => è agevolata da PROTEINE CANALE o da PROTEINE CARRIER • PROTEINE CANALE formano dei tunnel o canali ionici controlla3 che possono essere aper3 o chiusi; • PROTEINE CARRIER sono stru#ure capaci di legare una par3colare molecola e dopo una transizione conformazionale, la rilasciano nel citoplasma. TRASPORTO ATTIVO: quando una sostanza riesce ad a#raversare il doppio strato lipidico impiegando energia. Può essere suddiviso in trasporto a<vo primario (POMPA SODIO- POTASSIO), u3lizza l’energia che deriva dal legame fosfato dell’ATP e trasporto a<vo secondario (POMPA Na+/Glucosio)viene sfru#ata l’energia del passaggio di una molecola a favore di gradiente, per trasportare un’altra molecola contro il gradiente. Un aspe#o molto importante è che i 3pi di trasporto, cita3 in precedenza, riguardano solamente molecole di piccole dimensioni. Per far passare ad esempio il cibo si parla di altri processi quali ESOCITOSI e ENDOCITOSI ESOCITOSI => le cellule eliminano materiali di scarto o prodoJ di secrezione: 1. Una vescicola si avvicina alla membrana plasma3ca; 2. Si fonde con essa; 3. Rilascia il suo contenuto all’esterno della cellula. ENDOCITOSI => il materiale entra nelle cellule 2 3pi: - FAGOCITOSI: - PINOCITOSI: endocitosi in fase fluida, consiste nell’assunzione di liquido di matrice extracellulare e delle sostanze disciolte al suo interno, tramite la formazione di vescicole. REPLICAZIONE DEL DNA SINTESI PROTEICA REPLICAZIONE DEL DNA DNA È una macromolecola che non catalizza nessuna reazione né costruisce cellule o organismi. Nonostante questo possiede la capacità di conservare e trasme:ere informazioni più ulteriori funzioni: • Sinte&zzare molecole di RNA per o4enere la sintesi dei polipep&di che cos&tuiscono le proteine; • Replicarsi; • Mutare. Per quanto riguarda la stru:ura, il DNA è un’elica destrorsa formata da due catene anDparallele e ha un diametro di 2nm. La doppia elica, nella sua forma rilassata, presenta un avvolgimento completo ogni 3,4 nm (dieci basi) e forma un solco maggiore e uno minore. NB. I solchi serviranno per l’interazione con le proteine. So:o un punto di vista chimico, il DNA è un polimero cosDtuito da monomeri, chiamaD nucleoDdi. Ciascun nucleoDde è cosDtuito da tre elemenD: • Un gruppo fosfato • Il deossiribosio (zucchero pentoso) • Una base azotata ⇒ le basi azotate comprendono: due purine (Adenina e • Guanina) e due pirimidine (Timina e Citosina). Lo zucchero più la base azotata formano il nucleoside, se viene aggiunto anche il gruppo fosfato si forma il nucleo*de e a seconda del numero di fosfaD che si legano si formeranno: nucleoside monofosfato, nucleoside difosfato o trifosfato. Va so:olineato che l’informazione geneDca è contenuta nella sequenza dei nucleoDdi lungo la molecola del DNA, mentre la specificità dell’informazione risiede nella sequenza delle 4 basi contenute nei nucleoDdi. Per quanto riguarda le basi azotate, ciascuna si appaia con la sua complementare: A-T e G-C (l’adenina forma legami a idrogeno con la Dmina e la guanina idem con la citosina). La complementarietà delle basi è la proprietà che perme:e la sintesi, la trasmissione, l’espressione e la manipolazione del materiale geneDco. Proprio per questo moDvo, una volta stabilita la sequenza di una delle due eliche, la sequenza dell’altra è completamente vincolata cioè deve presentare le basi complementari dell’elica definita. Il DNA quindi conDene l’informazione due volte, una volta nell’elica senso e una seconda volta nell’elica complementare anDsenso. Lo scheletro di questa molecola è cara:erizzato dagli zuccheri e dal gruppo fosfato, legaD tra loro dal legame 3’- 5’ fosfodiesterico. Le basi sono rivolte verso il centro delle catene ed ogni filamento orientate in direzione opposta l’uno rispe:o all’altro. La trasmissione dell’informazione geneDca avviene a:raverso vari passaggi: REPLICAZIONE - La TRADUZIONE, durante la quale l’mRNA è trado8o per produrre una proteine. RNA L’RNA è un polimero di nucleo2di come il DNA, ma presenta alcune differenze. È cos2tuito da un singolo filamento, lo zucchero pentoso è il ribosio (simile al desossiribosio del DNA, ma con un gruppo ossidrilico in più in posizione 2’) e al posto della 2mina come base azotata c’è l’uracile. Questa, essendo una pirimidina, può formare due legami a idrogeno con l’adenina; quindi sono una coppia di basi complementari. TRASCRIZIONE Le RNA polimerasi sinte2zzano il filamento di RNA a par2re da uno stampo di DNA e la sintesi avviene leggendo in direzione 3’—> 5’ (dello stampo) ma sinte2zzando in direzione 5’—>3’ il filamento nascente. Questo perché come i due filamen2 appaia2 del DNA, anche i filamen2 del DNA trascri8o e il filamento dell’RNA complementare sono an5paralleli. Negli eucario2 esistono tre RNA POLIMERASI, le quali differiscono per i 2pi di RNA che sinte2zzano: - RNA POLIMERASI I catalizza la sintesi dei vari 2pi di molecole di rRNA, componen2 dei ribosomi; - RNA POLIMERASI II catalizza la produzione degli mRNA che codificano per le proteina; - RNA POLIMERASI III catalizza la sintesi dei tRNA e di una delle molecole di rRNA. NB. La sintesi proteica richiede la trascrizione di tre 2pi di RNA: RNA messaggero, RNA di trasferimento e RNA ribosomiale. L’mRNA ha la funzione di portare le informazioni per la sintesi di una proteina. Il tRNA o RNA transfer si lega esclusivamente a uno specifico amminoacido e lo trasporta al ribosoma. Infine, l’rRNA (rappresenta una porzione importante della stru8ura dei ribosomi) svolge importan2 funzioni catali2che nella sintesi proteica. Nei ba8eri l’RNA polimerasi esiste in 2 forme: - COLE - OLEONZIMA => si forma quando al cole si aggiunge la SUBUNITA SIGMA *SUBUNITA SIGMA capace di riconoscere segnali precisi sul DNA ed individuare il corre2o a2acco al promotore del gene. La trascrizione si verifica in tre fasi: - INIZIO - ALLUNGAMENTO; - TERMINAZIONE. ATTENZIONE! Il DNA deve contenere oltre all’informazione gene&ca, anche dei segnali che indichino dove questa informazione inizia e finisce. PROCARIOTI La fase d’inizio richiede l’intervento di un PROMOTORE, cioè una sequenza di DNA a cui si lega l’enzima RNA polimerasi, la quale determina il punto di partenza della trascrizione (sito di inizio), il filamento da trascrivere e la direzione da seguire. Nei procario& il promotore comprende la sequenza di riconoscimento e il TATA BOX, il che determina il punto in cui la doppia elica del DNA si apre per ro4ura dei legami a idrogeno che tengono insieme le basi complementari. Durante l’allungamento, l’RNA polimerasi apre la doppia elica di DNA ogni 10 paia di basi azotate, legge lo stampo in direzione 3’—>5’ e successivamente l’RNA viene sinte&zzato in direzione 5’—>3’. La terminazione poi è determinata da una specifica sequenza di basi del DNA e i meccanismi sono complessi e vari. EUCARIOTI Negli eucario& la RNA polimerasi può legarsi al promotore solo dopo l’associazione sul cromosoma di alcune proteine regolatrici chiamate FATTORI DI TRASCRIZIONE (GENERICI e SPECIFICI): - Quelli generici si legano al TATA BOX e in segui& ad altre proteine regolatrici per formare un COMPLESSO DI TRASCRIZIONE ; - Quelli specifici si legano a sequenze anche lontane dal promotore del gene aumentando l’intensità della trascrizione o diminuendola. Il primo prodo4o è un pre-mRNA che è più lungo del mRNA finale e deve essere so4oposto ad un processo di maturazione, che gli consenta di essere trasportata nel citoplasma e trado4o. Tale modificazione inizia con l’aggiunta di un cappuccio me2lato all’estremità 5’ della catena di mRNA ad opera di speciali enzimi. L'aggiunta del cap protegge l’mRNA dalla degradazione da parte di enzimi e gius2fica il fa8o che gli mRNA eucario2ci sono molto più stabili di quelli dei procario2. Successivamente, una seconda modifica, chiamata poliadenilazione, si verifica all’estremità 3’ della molecola e aggiunge una coda di poli- A, la quale aumenta la stabilità dell’mRNA. Nella maggior parte dei geni eucario2ci sono presen2 delle sequenze codificanti interrotte, ciò vuol dire che ci sono regioni codifican2 e regioni non codifican2. Tali regioni sono chiamate: - INTRONI => sequenze non codifican2; - ESONI => contengono l’informazione per codificare specifici aminoacidi. Fanno eccezione i geni mitocondriale, i geni per gli istoni e i geni che codificano per tRNA che non hanno introni. Il DNA di un gene discon2nuo viene trascri8o completamente, copiando sia gli esoni che gli introni, formando un mRNA immaturo; prima che l’mRNA lasci il nucleo, è necessario non solo che venga muni2 di cappuccio, della coda di poli-A o processo di edi2ng*, ma che siano rimossi gli introni e che siano uni2 insieme gli esoni (a8raverso lo SPLICING) per formare un messaggio con2nuo che codifica per la proteina. EDITING*processo a8raverso cui sequenze nucleo2diche di alcuni RNA immaturi possono essere modifica2 a8raverso degli enzimi chiama2 DEAMINASI, che cambiano le proprietà delle basi alterando il significato dei codoni. Esistono molteplici livelli di regolazione dell’espressione genica negli eucario2, tra ques2 lo SPLICING ALTERNATIVO. Processo a8raverso cui proteine differen2, possono essere generate dallo stesso gene. Quindi, questo processo consente anche di o8enere molecole di mRNA maturo differen2 partendo dallo stesso trascri8o primario. TRADUZIONE Nel citoplasma, sull’mRNA l’informazione viaggia so8o forma di triple8e di basi azotate (codoni) e dato che questa informazione deve essere trasformata in proteine, nasce la necessita di una fase di TRADUZIONE. Tale processo è permesso dal CODICE GENETICO, basato su triple8e di nucleo2di de; CODONI, che rendono possibile 64 combinazioni sufficien2 per codificare i 20 amminoacidi. Presenta una serie di proprietà: - Con2ene un segnale di inizio, rappresentato dal codone AUG (codifica per l’amminoacido me2onina); - Con2ene segnali di fine leIura, rappresenta2 da tre codini di stop UAA, UAG, UGA; - Non è ambiguo: ciascun codone specifica solo un amminoacido; - È ridondante: uno stesso amminoacido può essere codificato da più codoni; - Quasi universale: è valido per tu; gli organismi, con pochissime eccezioni: mitocondri, alcuni lievi2 e alcuni protozoi. La le8ura dei codoni sull’RNA messaggero avviene nel ribosoma, però, il tradu8ore in ques2one è rappresentato dal tRNA. Dato che gli amminoacidi non sono in grado di riconoscere da soli i codoni, le molecole di tRNA hanno il compito di abbinare gli amminoacidi gius2 ai rispe;vi codoni così da sinte2zzare il nuovo polipep2de. Ciò è consen2to dalla par2colarità della stru8ura (trifoglio) che presenta due par2 fondamentali: - Estremità 3’ termina con la triple8a CCA, la quale possiede un gruppo OH che rappresenta il gancio con cui il tRNA si lega all’amminoacido che deve trasportare; - Parte opposta a questo gruppo c’è un tra8o con 3 basi azotate che si comporta da ANTICODONE, cioè complementare ad uno specifico codone. I ribosomi, organuli situa2 nel citoplasma, coordinano il funzionamento dell’mRNA e dell’tRNA ed eseguono l’assemblaggio delle proteine. Quando il ribosoma non sta svolgendo il processo sinte2co, esiste in due subunità libere: - MAGGIORE presenta tre si2 di legame: - A => sito di legame dell’an2codone del tRNA carico; - P => sito dove il tRNA aggiunge il suo amminoacido alla catena crescente; - E => sito che il tRNA occupa prima di essere rilasciato. - MINORE