Biologia Molecolare I · IL GENOMA NUCLEARE Il genoma umano, similmente ai genomi di tutti gli...
-
Upload
trinhkhuong -
Category
Documents
-
view
217 -
download
0
Transcript of Biologia Molecolare I · IL GENOMA NUCLEARE Il genoma umano, similmente ai genomi di tutti gli...
Corso di Biologia
Molecolare I
Elia RanzatoE-mail: [email protected]: 0131360260
Il campo della biologia molecolare siinterseca anche con altre discipline nonbiologiche:per esempio con l'informatica perl'elaborazione dell'enorme mole di datiche vengono prodotti con tecniche adhigh-throughputo con la fisica nello studio dellebiomolecole a livello di strutturatridimensionale (biologia strutturale)
Definizioni
Acidi nucleici:
Gene:
Genoma:
molecole che codificano linformazione genetica. DNA, RNA
segmento di DNA che codifica per una catena polipeptidica
insieme delle sequenze di DNA di un organismo
Biologia Molecolare
In che modo viene conservato il materiale genetico?
Come viene decodificata linformazione contenuta nel materiale genetico?
IL GENOMA
Il Il Il Il genomagenomagenomagenoma l'insieme di tutte le informazioni biologiche necessarie alla costruzione e l'insieme di tutte le informazioni biologiche necessarie alla costruzione e l'insieme di tutte le informazioni biologiche necessarie alla costruzione e l'insieme di tutte le informazioni biologiche necessarie alla costruzione e
al mantenimento di un organismo vivente.al mantenimento di un organismo vivente.al mantenimento di un organismo vivente.al mantenimento di un organismo vivente.
Genomi a DNAGenomi a DNAGenomi a DNAGenomi a DNA
Organismi unicellulari e pluricellulari
Genomi a RNAGenomi a RNAGenomi a RNAGenomi a RNA
Alcuni virus
IL GENOMA NUCLEARE
Il genoma umano, similmente ai genomi di tutti gli Il genoma umano, similmente ai genomi di tutti gli Il genoma umano, similmente ai genomi di tutti gli Il genoma umano, similmente ai genomi di tutti gli
animali pluricellulari, costituito da due componenti animali pluricellulari, costituito da due componenti animali pluricellulari, costituito da due componenti animali pluricellulari, costituito da due componenti
distinte, il distinte, il distinte, il distinte, il genoma nuclearegenoma nuclearegenoma nuclearegenoma nucleare e il e il e il e il genoma genoma genoma genoma
mitocondrialemitocondrialemitocondrialemitocondriale....
Genoma nucleareGenoma nucleareGenoma nucleareGenoma nucleare Contiene circa 3 miliardi di nucleotidi raggruppati in molecole
lineari (Cromosomi):
22 coppie di autosomi (coppie di cromosomi uguali)
1 coppia di cromosomi sessuali, X e Y
XX nelle donne, XY negli uomini
Le cellule sessuali, o Le cellule sessuali, o Le cellule sessuali, o Le cellule sessuali, o gametigametigametigameti, sono , sono , sono , sono aploidiaploidiaploidiaploidi, contengono , contengono , contengono , contengono
cio solo una copia per cromosoma (23 cromosomi in cio solo una copia per cromosoma (23 cromosomi in cio solo una copia per cromosoma (23 cromosomi in cio solo una copia per cromosoma (23 cromosomi in
tutto) a differenza delle cellule somatiche che sono tutto) a differenza delle cellule somatiche che sono tutto) a differenza delle cellule somatiche che sono tutto) a differenza delle cellule somatiche che sono
diploididiploididiploididiploidi (46 cromosomi).(46 cromosomi).(46 cromosomi).(46 cromosomi).
IL GENOMA MITOCONDRIALE
E' una molecola di DNA circolare di circa 16 mila E' una molecola di DNA circolare di circa 16 mila E' una molecola di DNA circolare di circa 16 mila E' una molecola di DNA circolare di circa 16 mila
nucleotidi, presente in copie numerose nei nucleotidi, presente in copie numerose nei nucleotidi, presente in copie numerose nei nucleotidi, presente in copie numerose nei mitocondrimitocondrimitocondrimitocondri, , , ,
gli organelli che generano energia.gli organelli che generano energia.gli organelli che generano energia.gli organelli che generano energia.
Contiene informazioni per la sintesi di molecole di Contiene informazioni per la sintesi di molecole di Contiene informazioni per la sintesi di molecole di Contiene informazioni per la sintesi di molecole di rRNArRNArRNArRNA
e e e e tRNAtRNAtRNAtRNA....
IL PROGETTO GENOMA UMANO
Il Genoma fatto di DNA, molecola costituita da 4 diversi Il Genoma fatto di DNA, molecola costituita da 4 diversi Il Genoma fatto di DNA, molecola costituita da 4 diversi Il Genoma fatto di DNA, molecola costituita da 4 diversi tipi di tipi di tipi di tipi di nucleotidinucleotidinucleotidinucleotidi (A, C, G, T).(A, C, G, T).(A, C, G, T).(A, C, G, T).
Obiettivo del progetto: determinare la sequenza Obiettivo del progetto: determinare la sequenza Obiettivo del progetto: determinare la sequenza Obiettivo del progetto: determinare la sequenza nucleotidica dell'intero genoma nucleare umano.nucleotidica dell'intero genoma nucleare umano.nucleotidica dell'intero genoma nucleare umano.nucleotidica dell'intero genoma nucleare umano.
Progetto pubblico, finanziato da governi e organizzazioni Progetto pubblico, finanziato da governi e organizzazioni Progetto pubblico, finanziato da governi e organizzazioni Progetto pubblico, finanziato da governi e organizzazioni di tutto il mondo.di tutto il mondo.di tutto il mondo.di tutto il mondo.
Progetto privato: Celera Progetto privato: Celera Progetto privato: Celera Progetto privato: Celera GenomicsGenomicsGenomicsGenomics....
Risultati pubblicati nel 2001.Risultati pubblicati nel 2001.Risultati pubblicati nel 2001.Risultati pubblicati nel 2001.
Sequenziato circa l'84% del genoma umano, ad esclusione di alcune regioni telomeriche (estremit dei cromosomi) e prossimali ai centromeri (centro del cromosoma).
IL GENOMA: ATCGGACTGACTAGCATACAG
Ciascun progetto genoma ha prodotto oltre 2 miliardi e Ciascun progetto genoma ha prodotto oltre 2 miliardi e Ciascun progetto genoma ha prodotto oltre 2 miliardi e Ciascun progetto genoma ha prodotto oltre 2 miliardi e
mezzo di sequenze di coppie di basi.mezzo di sequenze di coppie di basi.mezzo di sequenze di coppie di basi.mezzo di sequenze di coppie di basi.
L'intera sequenza del genoma umano, scritta in Times L'intera sequenza del genoma umano, scritta in Times L'intera sequenza del genoma umano, scritta in Times L'intera sequenza del genoma umano, scritta in Times
New Roman, dimensione 12, avrebbe una lunghezza New Roman, dimensione 12, avrebbe una lunghezza New Roman, dimensione 12, avrebbe una lunghezza New Roman, dimensione 12, avrebbe una lunghezza
di 5000 km!di 5000 km!di 5000 km!di 5000 km!
Ogni essere umano ha una propria sequenza genomica Ogni essere umano ha una propria sequenza genomica Ogni essere umano ha una propria sequenza genomica Ogni essere umano ha una propria sequenza genomica
individuale, ad eccezione dei gemelli omozigoti.individuale, ad eccezione dei gemelli omozigoti.individuale, ad eccezione dei gemelli omozigoti.individuale, ad eccezione dei gemelli omozigoti.
Principali differenze tra i genomi di due individui diversi:Principali differenze tra i genomi di due individui diversi:Principali differenze tra i genomi di due individui diversi:Principali differenze tra i genomi di due individui diversi: Polimorfismi (Posizioni nella sequenza contenenti nucleotidi
differenti)
Microsatelliti (Sequenze ripetute di nucleotidi, differenti in numero
tra un individuo ed un altro)
LA SEQUENZA DEL GENOMA
La sequenza nucleotidica del genoma presente La sequenza nucleotidica del genoma presente La sequenza nucleotidica del genoma presente La sequenza nucleotidica del genoma presente su ciascuno dei due filamenti della doppia su ciascuno dei due filamenti della doppia su ciascuno dei due filamenti della doppia su ciascuno dei due filamenti della doppia elica del DNA.elica del DNA.elica del DNA.elica del DNA.
I due filamenti sono I due filamenti sono I due filamenti sono I due filamenti sono antiparalleliantiparalleliantiparalleliantiparalleli, uno in direzione , uno in direzione , uno in direzione , uno in direzione 5'5'5'5'----3' e l'altro in direzione 3'3' e l'altro in direzione 3'3' e l'altro in direzione 3'3' e l'altro in direzione 3'----5':5':5':5':
5'- AGATCGATACGAAAGTAC -3'
||||||||||||||||||
3'- TCTAGCTATGCTTTCATG -5'
Dato un filamento possibile costruire l'altro per Dato un filamento possibile costruire l'altro per Dato un filamento possibile costruire l'altro per Dato un filamento possibile costruire l'altro per complementarit: ciascun filamento contiene complementarit: ciascun filamento contiene complementarit: ciascun filamento contiene complementarit: ciascun filamento contiene la stessa informazione!la stessa informazione!la stessa informazione!la stessa informazione!
COSA C' SCRITTO NEL GENOMA?
Il genoma contiene tutte le informazioni necessarie al Il genoma contiene tutte le informazioni necessarie al Il genoma contiene tutte le informazioni necessarie al Il genoma contiene tutte le informazioni necessarie al
funzionamento di un intero organismo.funzionamento di un intero organismo.funzionamento di un intero organismo.funzionamento di un intero organismo.
Ogni cellula contiene una copia del Genoma.Ogni cellula contiene una copia del Genoma.Ogni cellula contiene una copia del Genoma.Ogni cellula contiene una copia del Genoma.
Alcune informazioni sono utilizzate allo stesso modo Alcune informazioni sono utilizzate allo stesso modo Alcune informazioni sono utilizzate allo stesso modo Alcune informazioni sono utilizzate allo stesso modo
da ogni tipo di cellula, altre sono invece da ogni tipo di cellula, altre sono invece da ogni tipo di cellula, altre sono invece da ogni tipo di cellula, altre sono invece
caratteristiche di determinati tipi cellulari.caratteristiche di determinati tipi cellulari.caratteristiche di determinati tipi cellulari.caratteristiche di determinati tipi cellulari.
Un Un Un Un neuroneneuroneneuroneneurone ed un ed un ed un ed un leucocitaleucocitaleucocitaleucocita (globulo bianco) (globulo bianco) (globulo bianco) (globulo bianco)
contengono lo stesso genoma e quindi le stesse contengono lo stesso genoma e quindi le stesse contengono lo stesso genoma e quindi le stesse contengono lo stesso genoma e quindi le stesse
informazioni, ma non le utilizzano tutte allo stesso informazioni, ma non le utilizzano tutte allo stesso informazioni, ma non le utilizzano tutte allo stesso informazioni, ma non le utilizzano tutte allo stesso
modo.modo.modo.modo.
COM' ORGANIZZATO IL GENOMA?
Il Progetto Genoma di un organismo ci rivela la Il Progetto Genoma di un organismo ci rivela la Il Progetto Genoma di un organismo ci rivela la Il Progetto Genoma di un organismo ci rivela la
sua sequenza nucleotidica: a quel punto sua sequenza nucleotidica: a quel punto sua sequenza nucleotidica: a quel punto sua sequenza nucleotidica: a quel punto
occorre riuscire ad interpretarla occorre riuscire ad interpretarla occorre riuscire ad interpretarla occorre riuscire ad interpretarla
correttamente!correttamente!correttamente!correttamente!
La sequenza di un Genoma apparentemente La sequenza di un Genoma apparentemente La sequenza di un Genoma apparentemente La sequenza di un Genoma apparentemente
una successione casuale di nucleotidi; in una successione casuale di nucleotidi; in una successione casuale di nucleotidi; in una successione casuale di nucleotidi; in
realt sono distinguibili diversi tipi di elementi, realt sono distinguibili diversi tipi di elementi, realt sono distinguibili diversi tipi di elementi, realt sono distinguibili diversi tipi di elementi,
strutturati in maniera ben precisa, ciascuno strutturati in maniera ben precisa, ciascuno strutturati in maniera ben precisa, ciascuno strutturati in maniera ben precisa, ciascuno
preposto ad una ben determinata funzione.preposto ad una ben determinata funzione.preposto ad una ben determinata funzione.preposto ad una ben determinata funzione.
ELEMENTI TIPICI DI UN GENOMA
GeniGeniGeniGeni
PseudogeniPseudogeniPseudogeniPseudogeni
Sequenze ripetuteSequenze ripetuteSequenze ripetuteSequenze ripetute
MicrosatellitiMicrosatellitiMicrosatellitiMicrosatelliti
I GENI
Un Un Un Un genegenegenegene un segmento di genoma contenente l'informazione per la sintesi di una un segmento di genoma contenente l'informazione per la sintesi di una un segmento di genoma contenente l'informazione per la sintesi di una un segmento di genoma contenente l'informazione per la sintesi di una
proteina.proteina.proteina.proteina.
Trascrizione/TraduzioneGene
ProteinaLa sequenza nucleotidica del gene contiene la "ricetta" per la sintesi della proteina.
I GENI (2)
L'espressione dei geni coinvolge un intermediario L'espressione dei geni coinvolge un intermediario L'espressione dei geni coinvolge un intermediario L'espressione dei geni coinvolge un intermediario
chiamato chiamato chiamato chiamato RNA messaggeroRNA messaggeroRNA messaggeroRNA messaggero, che copia la sequenza del , che copia la sequenza del , che copia la sequenza del , che copia la sequenza del
gene e la porta fino al citoplasma, dove la sequenza gene e la porta fino al citoplasma, dove la sequenza gene e la porta fino al citoplasma, dove la sequenza gene e la porta fino al citoplasma, dove la sequenza
viene tradotta affinch avvenga la sintesi della viene tradotta affinch avvenga la sintesi della viene tradotta affinch avvenga la sintesi della viene tradotta affinch avvenga la sintesi della
proteina (nei proteina (nei proteina (nei proteina (nei ribosomiribosomiribosomiribosomi).).).).
Non tutti i geni per codificano proteine.Non tutti i geni per codificano proteine.Non tutti i geni per codificano proteine.Non tutti i geni per codificano proteine.
Alcuni di essi infatti specificano vari tipi di RNA non Alcuni di essi infatti specificano vari tipi di RNA non Alcuni di essi infatti specificano vari tipi di RNA non Alcuni di essi infatti specificano vari tipi di RNA non
codificante, alcuni dei quali verranno introdotti pi codificante, alcuni dei quali verranno introdotti pi codificante, alcuni dei quali verranno introdotti pi codificante, alcuni dei quali verranno introdotti pi
avanti.avanti.avanti.avanti.
GLI PSEUDOGENI
Gli Gli Gli Gli pseudogenipseudogenipseudogenipseudogeni sono copie non funzionali di geni.sono copie non funzionali di geni.sono copie non funzionali di geni.sono copie non funzionali di geni.
Sono una sorta di relitti evolutivi. Sono una sorta di relitti evolutivi. Sono una sorta di relitti evolutivi. Sono una sorta di relitti evolutivi.
Gli Gli Gli Gli pseudogenipseudogenipseudogenipseudogeni convenzionali sono geni inattivati in convenzionali sono geni inattivati in convenzionali sono geni inattivati in convenzionali sono geni inattivati in
seguito ad una o pi mutazioni nella loro sequenza seguito ad una o pi mutazioni nella loro sequenza seguito ad una o pi mutazioni nella loro sequenza seguito ad una o pi mutazioni nella loro sequenza
nucleotidica. nucleotidica. nucleotidica. nucleotidica.
Una volta che uno Una volta che uno Una volta che uno Una volta che uno pseudogenepseudogenepseudogenepseudogene diventato diventato diventato diventato
completamente non funzionale si degrader per completamente non funzionale si degrader per completamente non funzionale si degrader per completamente non funzionale si degrader per
accumulazione di ulteriori mutazioni e potrebbe accumulazione di ulteriori mutazioni e potrebbe accumulazione di ulteriori mutazioni e potrebbe accumulazione di ulteriori mutazioni e potrebbe
addirittura non essere pi riconosciuto come relitto addirittura non essere pi riconosciuto come relitto addirittura non essere pi riconosciuto come relitto addirittura non essere pi riconosciuto come relitto
genico.genico.genico.genico.
JUNK DNA
Circa il 62% del genoma umano costituito da regioni Circa il 62% del genoma umano costituito da regioni Circa il 62% del genoma umano costituito da regioni Circa il 62% del genoma umano costituito da regioni intergenicheintergenicheintergenicheintergeniche, parti del genoma che si trovano tra i , parti del genoma che si trovano tra i , parti del genoma che si trovano tra i , parti del genoma che si trovano tra i geni e la cui funzione sconosciuta.geni e la cui funzione sconosciuta.geni e la cui funzione sconosciuta.geni e la cui funzione sconosciuta.
Queste sequenze venivano chiamate Queste sequenze venivano chiamate Queste sequenze venivano chiamate Queste sequenze venivano chiamate Junk DNAJunk DNAJunk DNAJunk DNA (DNA (DNA (DNA (DNA spazzatura), perch non se ne conosceva la funzione.spazzatura), perch non se ne conosceva la funzione.spazzatura), perch non se ne conosceva la funzione.spazzatura), perch non se ne conosceva la funzione.
Ricerche recenti tendono invece a rivalutare tali Ricerche recenti tendono invece a rivalutare tali Ricerche recenti tendono invece a rivalutare tali Ricerche recenti tendono invece a rivalutare tali sequenze, che si rivelano potenzialmente coinvolte in sequenze, che si rivelano potenzialmente coinvolte in sequenze, che si rivelano potenzialmente coinvolte in sequenze, che si rivelano potenzialmente coinvolte in numerosi processi: non detto che ci di cui non numerosi processi: non detto che ci di cui non numerosi processi: non detto che ci di cui non numerosi processi: non detto che ci di cui non capiamo ancora la funzione sia poco importante!capiamo ancora la funzione sia poco importante!capiamo ancora la funzione sia poco importante!capiamo ancora la funzione sia poco importante!
RIPETIZIONI DISPERSE E MICROSATELLITI
La grande maggioranza del DNA La grande maggioranza del DNA La grande maggioranza del DNA La grande maggioranza del DNA intergenicointergenicointergenicointergenico
rappresentata da sequenze ripetute di vario rappresentata da sequenze ripetute di vario rappresentata da sequenze ripetute di vario rappresentata da sequenze ripetute di vario
tipo.tipo.tipo.tipo.
Il Il Il Il DNA ripetitivoDNA ripetitivoDNA ripetitivoDNA ripetitivo pu essere diviso in due pu essere diviso in due pu essere diviso in due pu essere diviso in due
categorie:categorie:categorie:categorie:
Ripetizioni intersperse
DNA ripetuto in tandem
RIPETIZIONI INTERSPERSE
Esistono 4 tipi di ripetizioni disperse nel Esistono 4 tipi di ripetizioni disperse nel Esistono 4 tipi di ripetizioni disperse nel Esistono 4 tipi di ripetizioni disperse nel
genoma:genoma:genoma:genoma:
SINE
LINE
Elementi LTR
Trasposoni a DNA
Ciascun tipo di queste ripetizioni sembra Ciascun tipo di queste ripetizioni sembra Ciascun tipo di queste ripetizioni sembra Ciascun tipo di queste ripetizioni sembra
derivare da un elemento trasponibile, un derivare da un elemento trasponibile, un derivare da un elemento trasponibile, un derivare da un elemento trasponibile, un
segmento mobile di DNA in grado di spostarsi segmento mobile di DNA in grado di spostarsi segmento mobile di DNA in grado di spostarsi segmento mobile di DNA in grado di spostarsi
da una posizione ad un'altra del genoma, da una posizione ad un'altra del genoma, da una posizione ad un'altra del genoma, da una posizione ad un'altra del genoma,
lasciando una propria copia.lasciando una propria copia.lasciando una propria copia.lasciando una propria copia.
MICROSATELLITI
I I I I microsatellitimicrosatellitimicrosatellitimicrosatelliti sono ripetizioni in tandem di DNA.sono ripetizioni in tandem di DNA.sono ripetizioni in tandem di DNA.sono ripetizioni in tandem di DNA.
In un In un In un In un microsatellitemicrosatellitemicrosatellitemicrosatellite l'unit ripetuta l'unit ripetuta l'unit ripetuta l'unit ripetuta generalmente breve, fino a 13 generalmente breve, fino a 13 generalmente breve, fino a 13 generalmente breve, fino a 13 bpbpbpbp (base (base (base (base pairspairspairspairs paia di basi).paia di basi).paia di basi).paia di basi).
Non si sa se i Non si sa se i Non si sa se i Non si sa se i microsatellitimicrosatellitimicrosatellitimicrosatelliti hanno una funzione.hanno una funzione.hanno una funzione.hanno una funzione.
Derivano da un errore del processo di Derivano da un errore del processo di Derivano da un errore del processo di Derivano da un errore del processo di replicazione del genoma durante la divisione replicazione del genoma durante la divisione replicazione del genoma durante la divisione replicazione del genoma durante la divisione cellulare, quindi potrebbero rappresentare cellulare, quindi potrebbero rappresentare cellulare, quindi potrebbero rappresentare cellulare, quindi potrebbero rappresentare semplicemente un prodotto inevitabile della semplicemente un prodotto inevitabile della semplicemente un prodotto inevitabile della semplicemente un prodotto inevitabile della replicazione genomica.replicazione genomica.replicazione genomica.replicazione genomica.
IL GENOMA UMANO
I GENOMI DEGLI EUCARIOTI
Le strutture di base di tutti i genomi Le strutture di base di tutti i genomi Le strutture di base di tutti i genomi Le strutture di base di tutti i genomi
eucariotici sono simili, ad eccezione eucariotici sono simili, ad eccezione eucariotici sono simili, ad eccezione eucariotici sono simili, ad eccezione
della dimensione.della dimensione.della dimensione.della dimensione.
Funghi: 12-25 Mb
Protozoi: 190 Mb
Invertebrati: 97-5000 Mb
Vertebrati: 400-3300 Mb
Piante: 125-120000 Mb
GRANDE GENOMA = MOLTI GENI?
La dimensione del genoma correlata al numero di geni che esso La dimensione del genoma correlata al numero di geni che esso La dimensione del genoma correlata al numero di geni che esso La dimensione del genoma correlata al numero di geni che esso
contiene?contiene?contiene?contiene?
Non detto!Non detto!Non detto!Non detto!
Se dimensione e numero di geni fossero correlate, il lievito Se dimensione e numero di geni fossero correlate, il lievito Se dimensione e numero di geni fossero correlate, il lievito Se dimensione e numero di geni fossero correlate, il lievito
dovrebbe contenere, in proporzione a quello umano, solo 100 dovrebbe contenere, in proporzione a quello umano, solo 100 dovrebbe contenere, in proporzione a quello umano, solo 100 dovrebbe contenere, in proporzione a quello umano, solo 100
geni, mentre ne contiene 5800!geni, mentre ne contiene 5800!geni, mentre ne contiene 5800!geni, mentre ne contiene 5800!
Saccharomyces cerevisiae (lievito) Homo sapiens (uomo)
Genoma: 12 Mb
(0,004 volte la grandezza del genoma umano)
Genoma: 3200 Mb
Geni: 5800 Geni: 25000
IL PARADOSSO DEL VALORE C
Con Con Con Con valore Cvalore Cvalore Cvalore C si intende la quantit di DNA per genoma; si intende la quantit di DNA per genoma; si intende la quantit di DNA per genoma; si intende la quantit di DNA per genoma; non c un'ovvia correlazione fra la complessit degli non c un'ovvia correlazione fra la complessit degli non c un'ovvia correlazione fra la complessit degli non c un'ovvia correlazione fra la complessit degli organismi e la quantit di DNA del genoma. organismi e la quantit di DNA del genoma. organismi e la quantit di DNA del genoma. organismi e la quantit di DNA del genoma.
In realt nei genomi degli organismi meno complessi si In realt nei genomi degli organismi meno complessi si In realt nei genomi degli organismi meno complessi si In realt nei genomi degli organismi meno complessi si risparmia spazio in quanto i geni sono pi vicini tra risparmia spazio in quanto i geni sono pi vicini tra risparmia spazio in quanto i geni sono pi vicini tra risparmia spazio in quanto i geni sono pi vicini tra loro.loro.loro.loro.
Confrontando il genoma umano con quello del lievito, Confrontando il genoma umano con quello del lievito, Confrontando il genoma umano con quello del lievito, Confrontando il genoma umano con quello del lievito, emerge che l'organizzazione di quest'ultimo molto emerge che l'organizzazione di quest'ultimo molto emerge che l'organizzazione di quest'ultimo molto emerge che l'organizzazione di quest'ultimo molto pi economica di quella del genoma umano:pi economica di quella del genoma umano:pi economica di quella del genoma umano:pi economica di quella del genoma umano:
I geni sono pi compatti
Le sequenze intergeniche sono pi piccole
Le ripetizioni disperse e le altre sequenze non codificanti occupano molto meno spazio
Il genoma del lievito pi "concentrato"!Il genoma del lievito pi "concentrato"!Il genoma del lievito pi "concentrato"!Il genoma del lievito pi "concentrato"!
I GENOMI DEI PROCARIOTI
I genomi dei procarioti sono molto I genomi dei procarioti sono molto I genomi dei procarioti sono molto I genomi dei procarioti sono molto
differenti da quelli degli eucarioti:differenti da quelli degli eucarioti:differenti da quelli degli eucarioti:differenti da quelli degli eucarioti:
Sono molto pi piccoli
Sono molto pi compatti
Sono contenuti in una singola
molecola di DNA circolare
Alcuni geni possono essere
localizzati su molecole indipendenti
di DNA pi piccole, chiamate
plasmidi.
I GENI
Il Il Il Il genegenegenegene l'unit ereditaria e funzionale degli organismi l'unit ereditaria e funzionale degli organismi l'unit ereditaria e funzionale degli organismi l'unit ereditaria e funzionale degli organismi viventi. viventi. viventi. viventi.
La maggior parte dei geni codifica La maggior parte dei geni codifica La maggior parte dei geni codifica La maggior parte dei geni codifica proteineproteineproteineproteine, che sono le , che sono le , che sono le , che sono le macromolecole maggiormente coinvolte nei processi macromolecole maggiormente coinvolte nei processi macromolecole maggiormente coinvolte nei processi macromolecole maggiormente coinvolte nei processi biochimici e metabolici della cellula. biochimici e metabolici della cellula. biochimici e metabolici della cellula. biochimici e metabolici della cellula.
Altri geni non codificano proteine, ma producono RNA Altri geni non codificano proteine, ma producono RNA Altri geni non codificano proteine, ma producono RNA Altri geni non codificano proteine, ma producono RNA non codificante, che pu giocare un ruolo non codificante, che pu giocare un ruolo non codificante, che pu giocare un ruolo non codificante, che pu giocare un ruolo fondamentale nella sintesi delle proteine e fondamentale nella sintesi delle proteine e fondamentale nella sintesi delle proteine e fondamentale nella sintesi delle proteine e nell'espressione genica (La trascrizione del DNA in nell'espressione genica (La trascrizione del DNA in nell'espressione genica (La trascrizione del DNA in nell'espressione genica (La trascrizione del DNA in RNA e la traduzione dell'RNA in proteina).RNA e la traduzione dell'RNA in proteina).RNA e la traduzione dell'RNA in proteina).RNA e la traduzione dell'RNA in proteina).
Parte del contenuto dei geni non viene trascritto, ma pu Parte del contenuto dei geni non viene trascritto, ma pu Parte del contenuto dei geni non viene trascritto, ma pu Parte del contenuto dei geni non viene trascritto, ma pu coordinare la stessa espressione genica. coordinare la stessa espressione genica. coordinare la stessa espressione genica. coordinare la stessa espressione genica.
Tra queste regioni figurano i Tra queste regioni figurano i Tra queste regioni figurano i Tra queste regioni figurano i promotoripromotoripromotoripromotori, i , i , i , i terminatoriterminatoriterminatoriterminatori e gli e gli e gli e gli introniintroniintroniintroni ....
DNADNADNADNAPERCORSO STORICOPERCORSO STORICOPERCORSO STORICOPERCORSO STORICO
LE TAPPE CHE HANNO PORTATO A IDENTIFICARE NEL DNA IL MATERIALE EREDITARIO
1865 I geni sono dei fattori particolati
1903 I cromosomi sono unit ereditarie
1910 I geni sono localizzati nei cromosomi
1913 I cromosomi contengono degli insiemi lineari di geni
1927 Le mutazioni sono dei cambiamenti fisici nei geni
1931 La ricombinazione causata dal crossing-over
1944 Il DNA il materiale genetico
1945 Un gene codifica una proteina
1953 Il DNA ha una struttura a doppia elica
1958 Il DNA si replica in maniera semiconservativa
1961 Il codice genetico costituito da triplette di basi
1977 Sequenziamento del DNA
1997 Sequenziamento di interi genomi
Primi studi chimici sul DNA
Un passo indietroJohan Friedrich Miescher (1844 1895) stato un biologo svizzero, che isol per la prima volta gli acidi nucleici.Egli evidenzi infatti nel 1869, la presenza di vari composti chimici ricchi in fosfato all'interno dei nuclei dei leucociti. La scoperta di tali molecole, che egli denomin nucleina, apr la strada all'identificazione del DNA come molecola responsabile della conservazione e della trasmissione dei caratteri ereditari.
LA DOMANDA DEL MONDO SCIENTIFICO
in quale parte del cromosoma sono contenute le in quale parte del cromosoma sono contenute le in quale parte del cromosoma sono contenute le in quale parte del cromosoma sono contenute le
informazioni dellorganismo? Nella frazione informazioni dellorganismo? Nella frazione informazioni dellorganismo? Nella frazione informazioni dellorganismo? Nella frazione
proteica?...o nella frazione zuccherina?proteica?...o nella frazione zuccherina?proteica?...o nella frazione zuccherina?proteica?...o nella frazione zuccherina?
Ci vorranno 40 anni di ricerche per rispondereCi vorranno 40 anni di ricerche per rispondereCi vorranno 40 anni di ricerche per rispondereCi vorranno 40 anni di ricerche per rispondere
Un principio trasformante converte
il ceppo R in S
Avery:il fattoreTrasformante il DNA(per sei anni non gli credeNessuno)
conduce alla scoperta di un fattore in grado di trasformarepneumococchi non virulenti in pneumococchi virulenti.
Griffith lo chiam FATTORE TRASFORMANTE, fattore in grado di contenere le informazioni di un organismi
+estratto cellulare S
1865 I geni sono dei fattori particolati
1903 I cromosomi sono unit ereditarie
1910 I geni sono localizzati nei cromosomi
1913 I cromosomi contengono degli insiemi lineari di geni
1927 Le mutazione sono dei cambiamenti fisici nei geni
1931 La ricombinazione causata dal crossing-over
1944 Il DNA il materiale genetico
1945 Un gene codifica una proteina
1953 Il DNA ha una struttura a doppia elica
1958 Il DNA si replica in maniera semiconservativa
1961 Il codice genetico costituito da triplette di basi
1977 Sequenzamento del DNA
1997 Sequenzamento di interi genomi
LA CERTEZZA ASSOLUTA: LE INFORMAZIONI SONO CONTENUTE NEL DNA (ESPERIMENTI DI ALFRED HARSHEY E MARTHA CHASE)
MECCANISMO DI INFEZIONE VIRALE
La regola di Chargaff: la quantit di A uguale alla quantit di Tla quantit di G uguale alla quantit di Cla quantit di G+A uguale alla quantit di C+T
Rosalin Franklin(1952): ad un passo dalla soluzione
Rosalind Franklin 1952
LE SCOPERTE DELLA FRANKLIN
Il Dna composto da due cateneIl Dna composto da due cateneIl Dna composto da due cateneIl Dna composto da due catene
Le due catene sono avvolte ad elica Le due catene sono avvolte ad elica Le due catene sono avvolte ad elica Le due catene sono avvolte ad elica
attorno ad un asseattorno ad un asseattorno ad un asseattorno ad un asse
La distanza tra le due eliche 2 La distanza tra le due eliche 2 La distanza tra le due eliche 2 La distanza tra le due eliche 2
nanometrinanometrinanometrinanometri
Struttura errata a tripla elica proposta da Pauling nel 1952
A-T
G-C
Accoppiamento di basi proposto da Watson e Crick
LadeninaLadeninaLadeninaLadenina sisisisi legalegalegalega allaallaallaalla timinatiminatiminatimina con 2 con 2 con 2 con 2 legamilegamilegamilegami
idrogenoidrogenoidrogenoidrogeno....
La La La La citosinacitosinacitosinacitosina sisisisi legalegalegalega allaallaallaalla guaninaguaninaguaninaguanina con 3 con 3 con 3 con 3
legamilegamilegamilegami idrogenoidrogenoidrogenoidrogeno....
OgniOgniOgniOgni coppiacoppiacoppiacoppia di di di di basibasibasibasi costituitacostituitacostituitacostituita da da da da unaunaunauna
purinapurinapurinapurina e e e e unaunaunauna pirimidinapirimidinapirimidinapirimidina....
Accoppiamenti complementari delle basi del DNA
Watson e Crick (1953): Lintelligenza della visione dinsieme nel modello a doppia elica
ELEMENTI CHIAVE DELLA STRUTTURA DEL DNA
Elica a doppio filamento con diametro uniformeElica a doppio filamento con diametro uniformeElica a doppio filamento con diametro uniformeElica a doppio filamento con diametro uniforme
Elica destrorsaElica destrorsaElica destrorsaElica destrorsa
I due filamenti sono antiparalleliI due filamenti sono antiparalleliI due filamenti sono antiparalleliI due filamenti sono antiparalleli
Le basi sono allinterno dellelica, Le basi sono allinterno dellelica, Le basi sono allinterno dellelica, Le basi sono allinterno dellelica,
perpendicolari allasse dellelica e formano perpendicolari allasse dellelica e formano perpendicolari allasse dellelica e formano perpendicolari allasse dellelica e formano
coppie di basi complementaricoppie di basi complementaricoppie di basi complementaricoppie di basi complementari
Watson, Crick, and Wilkins were awarded the 1962 Nobel Prize in Physiology or Medicine "for their discoveries concerning the molecular structure of nucleic acids and its significance for information transfer in living material.
OGNI PARTICOLARE AL POSTO GIUSTO
I geni sono contenuti nel DnaI geni sono contenuti nel DnaI geni sono contenuti nel DnaI geni sono contenuti nel Dna
Il Dna composto da 4 tipi di nucleotidi Il Dna composto da 4 tipi di nucleotidi Il Dna composto da 4 tipi di nucleotidi Il Dna composto da 4 tipi di nucleotidi
Ogni nucleotide composto da uno zucchero Ogni nucleotide composto da uno zucchero Ogni nucleotide composto da uno zucchero Ogni nucleotide composto da uno zucchero pentoso, un gruppo fosfato e una base azotatapentoso, un gruppo fosfato e una base azotatapentoso, un gruppo fosfato e una base azotatapentoso, un gruppo fosfato e una base azotata
In qualsiasi genoma cambia la quantit di In qualsiasi genoma cambia la quantit di In qualsiasi genoma cambia la quantit di In qualsiasi genoma cambia la quantit di nucleotidi ma resta fisso il rapporto 1:1 tra nucleotidi ma resta fisso il rapporto 1:1 tra nucleotidi ma resta fisso il rapporto 1:1 tra nucleotidi ma resta fisso il rapporto 1:1 tra adenina adenina adenina adenina timina e guanina timina e guanina timina e guanina timina e guanina citosinacitosinacitosinacitosina
Il legame a idrogeno pu mantenere stabili le Il legame a idrogeno pu mantenere stabili le Il legame a idrogeno pu mantenere stabili le Il legame a idrogeno pu mantenere stabili le strutture organichestrutture organichestrutture organichestrutture organiche
Il DNA una doppia elica con distanza tra le due Il DNA una doppia elica con distanza tra le due Il DNA una doppia elica con distanza tra le due Il DNA una doppia elica con distanza tra le due fibre pari a 2 nanometrifibre pari a 2 nanometrifibre pari a 2 nanometrifibre pari a 2 nanometri
La struttura chimica del DNA
B. LEWIN, IL GENE - Edizione compatta, Zanichelli Editore S.p.A. Copyright 2007
OCH2OH OH
OH
1
23
4
5 OCH2OH OH
OH
1
23
OH
4
5
2-desossiribosio( 2-deoxyribose ) ribosio
N
NN
NH
1
2
3
4
56 7
8
9 N
NN
NH
NH2
N
NN
NH
O
H2N
H
purina adenina guanina
N
N
1
2
3
4
5
6N
N
NH2
HO N
N
O
H
H
O N
N
O
H
H
O
CH3
pirimidina citosina uracile timina
Componenti chimici degli acidi nucleici
O
P O
O-
OO
CH2
OHOH
O
P
O-
O
O
P
O-
-O
Struttura
Acido NucleicoAcido NucleicoAcido NucleicoAcido Nucleico
ZuccheroZuccheroZuccheroZucchero
Base AzotataBase AzotataBase AzotataBase Azotata
FosfatoFosfatoFosfatoFosfato
NucleosideNucleosideNucleosideNucleoside
NucleotideNucleotideNucleotideNucleotide
NucleotideNucleotideNucleotideNucleotide
NucleotideNucleotideNucleotideNucleotide
NucleotideNucleotideNucleotideNucleotide
NucleotideNucleotideNucleotideNucleotide
Zucchero.
Il DNA contiene il D-2-desossiribosio
RNA contiene il
D-ribosio
Gruppi Fosfato
NucleosideNucleoside
64
ZuccheroZuccheroZuccheroZuccheroZuccheroZuccheroZuccheroZucchero
BaseBaseBaseBase AzotataAzotataAzotataAzotata
NucleosideNucleosideNucleosideNucleoside
Legame dellN1 della Legame dellN1 della Legame dellN1 della Legame dellN1 della Base AzotataBase AzotataBase AzotataBase Azotata
con il C1 dello con il C1 dello con il C1 dello con il C1 dello ZuccheroZuccheroZuccheroZucchero
NOOH
OH OH
N
NN
NH2
NOOH
OH OH
N
NN
NH2
65
NucleotideNucleotideNucleotideNucleotide
Legame estereo dellAcido FosforicoLegame estereo dellAcido FosforicoLegame estereo dellAcido FosforicoLegame estereo dellAcido Fosforico
con lossidrile in C5 dello con lossidrile in C5 dello con lossidrile in C5 dello con lossidrile in C5 dello ZuccheroZuccheroZuccheroZucchero
FosfatoFosfatoFosfatoFosfato
NucleosideNucleosideNucleosideNucleoside
NucleotideNucleotideNucleotideNucleotide
OO
OH
P
O-
O-
O N
N
O
O
HCH3
OO
OH
P
O-
O-
O N
N
O
O
HCH3
66Acidi Nucleici Acidi Nucleici
Ciascun nucleotide formato datre molecole
Fosfato
Zucchero
Base azotata
Lo zucchero (un pentoso) :
Il Desossiribosio nel DNA
Il Ribosio nel RNA
Lo zucchero (un pentoso) :
Il Desossiribosio nel DNA
Il Ribosio nel RNA
I diversi nucleotidi sonolegati tra loro attraverso ilgruppo fosfato
Gruppo fosfato Zucchero pentoso Base azotata
DesossiribonucleotidiDesossiribonucleotidi
67
NOO
OH
N
NN
NH2
P
O
O-
O-
OO
OH
P
O
O-O
-N
NH
N
N
NH2
O
OO
OH
P
O
O-O
-
N
N
NH2
OOO
OH
P
O
O-O
-N
N
O
O
HCH3
2222----Deossiadenosina 5Deossiadenosina 5Deossiadenosina 5Deossiadenosina 5----fosfatofosfatofosfatofosfato
2222----Deossicitidina 5Deossicitidina 5Deossicitidina 5Deossicitidina 5----fosfatofosfatofosfatofosfato 2222----Deossitimidina 5Deossitimidina 5Deossitimidina 5Deossitimidina 5----fosfatofosfatofosfatofosfato
2222----Deossiguanosina 5Deossiguanosina 5Deossiguanosina 5Deossiguanosina 5----fosfatofosfatofosfatofosfato
Ribonucleotidi
68
NOO
OH OH
N
NN
NH2
P
O
O-O
-OO
OH OH
P
O
O-
O- N
NH
N
N
NH2
O
OO
OH OH
P
O
O-O
-
N
N
NH2
OOO
OH OH
P
O
O-
O- N
N
O
O
H
Adenosina 5Adenosina 5Adenosina 5Adenosina 5----fosfatofosfatofosfatofosfato
Citidina 5Citidina 5Citidina 5Citidina 5----fosfatofosfatofosfatofosfato Uridina 5Uridina 5Uridina 5Uridina 5----fosfatofosfatofosfatofosfato
Guanosina 5Guanosina 5Guanosina 5Guanosina 5----fosfatofosfatofosfatofosfato
Struttura primaria degli acidi nucleici
Come per le proteine, gli acidi nucleicihanno una struttura primaria, costituitadalla sequenza di basi e unadirezionalit che presenta un estremit5' libera da un lato ed una 3' liberadall'altro.
Per convenzione le sequenze degli acidinucleici sono scritte a partire dalla 5'finendo alla 3'. Secondo questaconvenzione i legami fosfodiesteri vannodal 3' al 5'
Sequenza
Si descrive attraversoSi descrive attraversoSi descrive attraversoSi descrive attraverso
lordine delle Basi Azotatelordine delle Basi Azotatelordine delle Basi Azotatelordine delle Basi Azotate
partendo dallestremit 5 fino allestremit 3partendo dallestremit 5 fino allestremit 3partendo dallestremit 5 fino allestremit 3partendo dallestremit 5 fino allestremit 3
AdenosinaAdenosinaAdenosinaAdenosina
(Base Azotata)(Base Azotata)(Base Azotata)(Base Azotata)
AdenosinaAdenosinaAdenosinaAdenosina
(Base Azotata)(Base Azotata)(Base Azotata)(Base Azotata)
CitosinaCitosinaCitosinaCitosina
(Base Azotata)(Base Azotata)(Base Azotata)(Base Azotata)
TiminaTiminaTiminaTimina
(Base Azotata)(Base Azotata)(Base Azotata)(Base Azotata)
ZuccheroZuccheroZuccheroZuccheroFosfatoFosfatoFosfatoFosfato ZuccheroZuccheroZuccheroZuccheroFosfatoFosfatoFosfatoFosfato ZuccheroZuccheroZuccheroZuccheroFosfatoFosfatoFosfatoFosfato FosfatoFosfatoFosfatoFosfato
----AAAA----TTTT----CCCC----
La struttura secondaria del DNALa doppia elica
Studi ai raggi X
Sistema regolare che si ripeteva con una
certa periodicit
Le quantit di A e di T erano sempre uguali
e che le quantit di G e C erano uguali
Studi ai raggi X
Sistema regolare che si ripeteva con una
certa periodicit
Le quantit di A e di T erano sempre uguali
e che le quantit di G e C erano uguali
Struttura secondaria del DNA
La struttura secondaria non casuale ma dovuta ai legami ad idrogeno che siformano tra le basi
Struttura secondaria DNA
- Gli spettri mostravano la presenza di un'elica
- la spaziatura tra le macchie mostravano che c'erano
10 basi per giro d'elica
- la densit delle fibre indicava la presenza di due
molecole per elica.
Watson e Crick proposero che la doppia elica fosse
stabilizzata dalla formazione di legami ad idrogeno tra le
basi presenti sui filamenti opposti secondo lo schema A-
T e G-C
Modello di Watson e Crick
Il DNA costituito da due catene polinucleotidiche a elica avvolte intorno a un asse comune.
Le eliche sono destrogire e i due filamenti si sviluppano in direzioni opposte, con riferimento alle loro estremit 3' e 5'.
77
Le basi puriniche e pirimidiniche si trovano all'interno dell'elica, su piani che sono perpendicolari all'asse dell'elica, mentre i gruppi deossiribosio e fosfato formano la parte esterna dell'elica.
79
Le due catene sono tenute insieme da coppie di basi
puriniche-pirimidiniche, legate con legami idrogeno.
L'adenina (A) sempre accoppiata conL'adenina (A) sempre accoppiata conL'adenina (A) sempre accoppiata conL'adenina (A) sempre accoppiata con la timina (T) e la la timina (T) e la la timina (T) e la la timina (T) e la
guanina (G) sempre accoppiata con la citosina (C).guanina (G) sempre accoppiata con la citosina (C).guanina (G) sempre accoppiata con la citosina (C).guanina (G) sempre accoppiata con la citosina (C).
L'adenina (A) accoppiata con la timina (T) con due legami ad idrogeno
La guanina (G) accoppiata con la citosina (C) con tre legami ad idrogeno.
80
81
Il DNA simile per struttura allRNA ma:
1) Al posto delluracile c latimina
2) Il DNA costituito da undoppiofilamento
Tra le basi dei due filamenti siformano legami idrogeno che litengono uniti
Nel DNA le basi appartenenti ai duefilamenti sono appaiate in modocaratteristico ( timina con adenina,guanina con citosina)
DNA
Conoscendo la sequenza di un filamento ..
83
.. si pu desumere la sequenza del filamento complementare
84
85
Il risultato una lunga molecola di DNA
UnappaiamentoGuanina-Citosinacaratterizzato da 3legami idrogeno.
UnappaiamentoAdenina-Timinacaratterizzato da 2legami idrogeno.
Il diametro dell'elica di 20 . Le coppie di basi adiacenti sono separate di 3,4 e si succedono ad ogni avanzamento dell'elica di 36. Ci sono perci 10 coppie di basi per ogni giro completo dell'elica (360) e la struttura si ripete ogni 34 .
Non c' nessuna limitazione alla sequenza di basi lungo una catena polinucleotidica. Dalla sequenza esatta per dipende l'informazione genetica.
Stabilit della doppia elica
La formazione della doppia elica favorita da
Interazioni idrofobiche derivanti dall'impaccamento delle basi
dalla formazione di legami ad Idrogeno tra le coppie di basi.
La formazione della doppia elica sfavorita da:
Repulsione elettrostatica dei fosfati che si trovano sullo scheletro dei filamenti
Dall'entropia conformazionale
Formazione di legami ad Idrogeno con l'acqua.
Le eliche del DNA (Tutte le molecole qui illustrate contengono dodici coppie di basi )
94
A DNA B DNA Z DNA
Tipo d'elica destrosa destrosa destrosa
Diametro ~26 ~20 ~18
Coppie/giro 11 10.5 12
Viste laterali
Viste dall'alto
96
L RNA costituito da unsingolo filamento
I nucleotidi non sono tuttiuguali ma differiscono per labase
Ci sono 4 differenti tipi dibasi:
Adenina Citosina Guanina Uracile
Linformazione contenuta negli acidi nucleici codificata nella sequenza di basi che compongonoil filamento (un alfabeto di 4 lettere)
RNA
RNA: struttura secondaria e terziaria
L'RNA esiste sottoforma di tre maggiori tipi: tRNA oRNAtransfer, rRNA o RNA ribosomiale, mRNA oRNA messaggero. Altre forme meno importantiservono nello splicing dell'RNA
RNAtransfer (tRNA)
sono costituiti da 73-90 nucleotidi e servono nellasintesi delle proteine.
DNA e RNA a singolo filamento tendono ad assumereuna conformazione random coil. Comunque talimolecole a filamento singolo contengono regioni consequenze auto complementari (tRNA)dove la molecolapu formare zone a doppio filamento tRNA contienebasi modificate.
RNA Ribosomiale (rRNA)
Il ribosoma un organello cellulare coinvolto nellasintesi proteica e consiste di due subunit, una piccolaed una grande, dove rRNA parte integrante.
- RNA messaggero (mRNA)
Il mRNA una copia-stampo per la sintesi delle proteine. Viene assunta una struttura del tipo A o a singolo filamento. mRNA non contiene basi modificate.
Differenza tra DNA e RNA
Nel DNA, le basi sono legate al 2'desossiribosio con un legame N1'glicosidico a formare un desossinucleotide
Nell' RNA, le basi sono legate al ribosio per formare un nucleotide con un legame N1'glicosidico
I desossiribonucleotidi sono degli esteri fosforici in posizione 5' dei desossinucleosidi
I ribonucleotidi sono dei monoesteri fosforici dei nucleosidi
Gli acidi nucleici sono polimeri dei fosfati dei nucleotidi.
I polimeri DNA e RNA sono formati da legami fosfodiestere tra gli OH 5' di un nucleotide e il 3' di un idrossile seguente.
I nucleotidi sono acidi forti in quanto i due pKa del fosfodiesteresono tra 0.7 ed 1 e 6.1 e 6.3.Di conseguenza lo scheletro dell'RNA e DNA sono normalmente carichi negativamente.
La struttura terziaria del DNA
A causa dell'estrema lunghezza del DNA, la sua struttura terziaria molto complessa. Comunque si possono discutere alcune strutture.
SuperavvolgimentoIl DNA di batteri, mitocondri, plastidi e alcuni virus costituito da un anello chiuso. Il DNA circolare pu assumere un aspetto incurvato o avvolto come dalle seguenti immagini al microscopio.
Il DNA
Coppie di nucleotidi
Una coppia di nucleotidi che varia da individuo ad individuo viene chiamata Snp o snip
Nucleo cellula
Mitocondri
Dna in coppia di cromosomi
Un gene (una serie di coppie di nucleotidi in un particolare punto su un cromosoma) contiene la ricetta per una proteina
Cellula
La maggior parte dellecellule contiene istruzionicomplete per costruire unessere umano, il Dna ingran parte nel nucleo, mace n dellaltro neimitocondri delle cellule.
Cromosomi
Nel nucleo,il Dna disposto in 23 coppie dipacchetti a forma dibastoncino, chiamaticromosomi (una serieproviene della madre,laltra dal padre). Ognicromosoma contiene unfilamento di Dna. Sevenisse svolto, il Dna diuna cellula sarebbe lungopi di 2,04 metri
Il DNA nei cromosomi non e lineare
fibra di 30 nm
cromatinadecondensata(collana di perle)
Il DNA, insieme a diverse proteine si organizza in unastruttura che detta CROMOSOMA.
Nelle cellule umane i cromosomi si possono osservare durante la divisone cellulare e distinguere per forma e dimensioni.
I cromosomi sono costituiti da cromatina, che consiste di fibre contenenti DNA e proteine. Quando una cellula non in divisione, la cromatina si trova sotto forma di lunghi filamenti. Durante la divisione le fibre di cromatina si condensano e si rendono visibili come strutture distinte.
Il numero dei cromosomi tipico per ogni specie.
Specie umana: 46 cromosomi
OGNI COPPIA DI CROMOSOMI CONTIENE UN CROMOSOMADI ORIGINE PATERNA E UN CROMOSOMA DI ORIGINEMATERNA
I cromosomi sono presenti in coppie nelle cellule somatiche e i membri di una coppia sono i cromosomi omologhi.
Se una cellula contiene 2 cromosomi di ogni tipo , cio due serie di cromosomi, si dice che possiede un corredo cromosomico diploide; se invece presente un cromosoma di ogni coppia di omologhi, si dice che il corredo aploide.
Nelluomo il numero diploide 46 e il numero aploide 23
Profase: Inizia quando i lunghi filamenti di cromatina cominciano a condensarsi mediante processi di spiralizzazione nel quale i cromosomi diventano contemporaneamente pi corti e pi spessi.
Ogni cromosoma stato duplicato durante la precedente fase S e consiste di una coppia di unit identiche cromatidi fratelli. Ogni cromatide contiene una regione chiamatacentromero.
Metafase: i cromosomi sono allineati lungo il piano equatoriale della cellula (piastra metafasica) e prendono contatto con i microtubuli.
Il cinetocoro un insieme di proteine che aderisce alcentromero.
Per la corretta separazione dei cromosomi si forma una connessione tra i microtubuli del cinetocoro e i cromosomi replicati.
IL DNA ED I CROMOSOMI
Different levels of DNA condensation. 1. Double-strand DNA. 2. Chromatin strand (DNA with histones). 3. Chromatin during interphase with centromere. 4. Condensed chromatin during prophase. (Two copies of the DNA
molecule are now present)5. Chromosome during metaphase.
Cromosomi umani condensati
Istoni : sono le proteine + abbondanti nei cromosomi. Il loro ruolo di legarsi al DNA cromosomico carico negativamente, infatti sono proteine molto basiche (25% LYS ed ARG) 5 tipi di istoni sono associati al DNA eucariotico (H1, H2A, H2B, H3 ed H4). Sono tra le proteine pi altamente conservate (un solo aa di differenza in H3 di riccio di mare e vitello!).Proteine non istoniche : ne esistono di diversi tipi; alcune hanno ruolo strutturale, altresono implicate nella regolazione dellespressione genica (per es.RNA polimerasi). Al contrario degli istoni differiscono notevolmente in numero etipo, tra un tipo cellulare ed un altro entro un organismo, inmomenti diversi nello stesso tipo cellulare ed in organismidiversi.
Proteine associate al DNA
1. Nucleosoma: la strutturafondamentale della cromatina
1. Fibra di cromatina di 30 nm
(avvolgimenti destrorsi impilati
della collana di perle)
Compattazione del DNA nel nucleo
11 nm200 bp = 145 bp avvolte + 55 bp di DNA linker
3. Domini ad anse
Compattazione del DNA nel nucleo
300 nm
Watson et al., BIOLOGIA MOLECOLARE DEL GENE, Zanichelli editore S.p.A. Copyright
2005
Watson et al., BIOLOGIA MOLECOLARE DEL GENE, Zanichelli editore S.p.A. Copyright
2005
Watson et al., BIOLOGIA MOLECOLARE DEL GENE, Zanichelli editore S.p.A. Copyright
2005
Watson et al., BIOLOGIA MOLECOLARE DEL GENE, Zanichelli editore S.p.A. Copyright
2005
Watson et al., BIOLOGIA MOLECOLARE DEL GENE, Zanichelli editore S.p.A. Copyright
2005
Watson et al., BIOLOGIA MOLECOLARE DEL GENE, Zanichelli editore S.p.A. Copyright
2005
Regolazione della struttura della cromatina
Watson et al., BIOLOGIA MOLECOLARE DEL GENE, Zanichelli editore S.p.A. Copyright
2005
Watson et al., BIOLOGIA MOLECOLARE DEL GENE, Zanichelli editore S.p.A. Copyright
2005
Watson et al., BIOLOGIA MOLECOLARE DEL GENE, Zanichelli editore S.p.A. Copyright
2005
Watson et al., BIOLOGIA MOLECOLARE DEL GENE, Zanichelli editore S.p.A. Copyright
2005
La metilazione degli istoni aumenta lo stato di
idrofobicit e la basicit delle porzioni N terminali degli
istoni: questo ne aumenta laffinit per proteine
specifiche e fattori di trascrizione.
Le metilasi necessitano di cofattori: es. la s-
adenosilmetionina
Generalmente la metilazione degli istoni si associa a repressione
della espressione genica, tuttavia ci sono esempi in cui la
metilazione si associa a attivazione della espressione genica
Metilazione degli istoni
MODIFICAZIONI POST-TRADUZIONALI DEGLI ISTONI
Zhang Y , Reinberg D Genes Dev. 2001;15:2343-2360
PROCESSI DI ACETILAZIONE E
DEACETILAZIONE SONO IMPORTANTI
NELLA REGOLAZIONE DELLA ATTIVITA
DELLA CROMATINA
ESPRESSIONE GENICA E GENERALMENTE
ASSOCIATA CON ACETILAZIONE
Lacetilazione dei residui di lisina al terminale NH degli istoni rimuove le cariche positive
riducendo quindi laffinit degli istoni per il DNA: per questo lacetilazione degli istoni
facilita i processi trascrizionali , al contrario, la deacetilazione reprime la
trascrizione
.
Acetilazione e deacetilazione del residuo lisinico
ACETIL TRANSFERASI ISTONICHE :histone acetyltransferases (HATs)
DEACETILASI ISTONICHE: histone deacetylases (denoted by HDs or HDACs);
numerose deacetilasi sono associate a repressori della trascrizione;
la funzione della fosforilazione degli istoni rimane da essere
pienamente compresa: stato riportato che la
fosforilazione degli istoni puo facilitare lattacco di HATs
Enzimi quali le ERK possono fosforilare gli istoni legando
signaling di recettori di membrana allo stato di
fosforilazione degli istoni
Fosforilazione degli istoni