esperto prof. Ciro Formica
Immagini e testi tratti dai website di: genome.wellcome.ac.uk, dnaftb.org, unipv.it, unimi.it,
wikipedia.it, unibs.it, unisi.it, unina.it, uniroma2.it, nih.gov, zanichelli.it, sciencemag.org, ncbi.gov
Nucleotidi
Esteri fosforici di un nucleoside formati dalla funzione alcolica –OH
di un pentoso (ribosio o deossiribosio) esterificata con una o più
molecole di acido fosforico + legame N-glicosidico con una base
azotata (purina o pirimidina).
Il termine “estere” viene in genere usato per indicare gli
esterialcol+acidi organici, ma si estende anche agli esterialcol+
acidi inorganici
Esempi
Acido+
Base forte  Sale
Acido
organico+
alcol
Acido
inorganico+ alcol
 Estere
organico
 Estere
inorganico
CH3-COOH + NaOH
Prodotto finale
CH3-COO-Na
Acetato di sodio
CH3-COOH + CH3CH2-OH
CH3-COO-CH2CH3
Acetato di
etile
Acido fosforico + etanolo
Fostato di etile
Viene eliminata una molecola di H2O come nelle condensazioni
2
ADENINA
In posizione 6: NH2
CITOSINA
In posizione 6: NH2
In posizione 4: C=O
GUANINA
In posizione 2: NH2 In posizione 6: C=O
URACILE
In posizione 4 e 6: C=O
TIMINA
In posizione 1: CH3
In posizione 4 e 6: C=O
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Zuccheri: ribosio e deossiribosio
Numerazione degli zuccheri: in senso orario da 1’ a 5’, I primi 4 carboni sull’anello, il 5
fuori dall’anello.
Nel DEOSSIRIBOSIO manca un atomo di OSSIGENO in posizione 2’
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Il legame tra il ribosio
C5’ e il fosfato è un
processo di
ESTERIFICAZIONE, che
avviene tra un gruppo
acido (fosfato) e un
ossidrile (del ribosio),
con eliminazione di una
molecola di H2O.
Il legame tra ribosio C1’
e base azotata avviene
con l’azoto N9.
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A
G
C
T
A/T
G/C
A+G/
C+T
%G+
C
Uomo
31,0
19,1
18,4
31,5
0,98
1,04
1,00
37,5
Topo
28,6
21,4
21,7
28,4
1,01
0,99
1,00
43,1
Drosophila
27,3
22,5
22,5
27,6
0,99
1,00
0,99
45,0
Mais
25,6
24,5
24,6
25,3
1,01
1,00
1,00
49,9
E. coli
26,0
24,9
25,2
23,9
1,09
0,99
1,04
50,1
Percentuale di basi azotate nei DNA di varie specie
Dati di
Franklin
Distanza tra 2 eliche
Dati di Pauling
2 nm
In caso di legame
purina-purina
> 2 nm
In caso di legame
pirimidina-pirimidina
< 2 nm
appaiamento
Dati di
Chargaff
i filamenti formano
una spirale , come
per le proteine
A-T (31%)
G-C (19%)
Negli acidi nucleici solo radioattività da 32P
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Da sinistra: Francis Crick e James Watson
nel 1953 davanti al modello di doppia elica
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oltre l’80% di DNA nelle cellule eucariotiche è organizzato sotto forma di
nucleosomi ripetuti ognuno dei quali consiste di 200 bp di DNA associate ad un
ottametro definito “core” istonico (H2A, H2B, H3, H4) ed un istone “linker” H1.
L’ottamero è organizzato in:
tetramero H32-H42 posto al centro del NUCLEOSOMA
+ 2 eterodimeri H2A, H2B attorno al tetramero.
Gli istoni hanno p.m. 11-16 kD, H3 e H4 sono conservati dall’evoluzione. Il DNA è
organizzato intorno agli istoni con superelica sinistrorsa, 1,65 giri e 10-11 bp.
proprietà
Filamento guida (leading
strand)
Filamento ritardo (lagging
strand)
Aggiunta
nucleotidi
continua
(concorde alla forcella)
discontinua
(opposta alla forcella)
Direzione
5’  3’
5’  3’
Okazaki
100-200 nucleotidi
Primer
(innesco)
sintetizzato da RNA
primasi
Punto di
attacco
Telomeri
DNA
polimerasi
5’-TTAGGG3’
X
X
X
unico
numerosi
X
proofreading
Sul filamento ritardo non si completa l’ultimo frammento di Okazaki, perciò il cromosoma
tende ad accorciarsi, ma i TELOMERI, brevi sequenze alle estremità dei cromosomi 5’TTAGGG3’, proteggono dall’accorciamento, ma solo per 40-50 duplicazioni cellulari,
finché la cellula va in APOPTOSI e muore. Lò’enzima TELOMERASI sintetizza il DNA
telomerico perso durante la duplicazione.
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Attività
Azione svolta
Elicasi
Srotola l'elica e taglia i legami a idrogeno tra le basi complementari.
Primasi
Sintesi di una piccola catena ribonucleotidica che fa da innesco o
primer (lunghezza 9-10 nucleotidi) necessaria per promuovere
l’aggiunta di altri nucleotidi.
Polimerasi
Aggiunta di 1 nucleotide per volta al 3' OH della catena in
accrescimento
Ligasi
Unisce i frammenti neosintetizzati (dopo la rimozione enzimatica
degli RNA-primer).
Nucleasi
Corregge gli eventuali errori nell'aggiunta dei nucleotidi Nelle nostre
cellule la frequenza di errori nell'incorporazione delle basi è minima,
.
dell'ordine di 10-9 -10-10 (un errore ogni miliardo – uno ogni 10
miliardi di basi),
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Le molecole di DNA in un gradiente di densità ottenuto
centrifugando a lungo una soluzione di CsCl galleggiano al
punto del gradiente che corrisponde alla loro densità.
Per distinguerle, le eliche nuove venivano marcate con 14N
(azoto leggero meno denso), le vecchie con 18N (pesante, più
denso). Dopo la centrifugazione apparivano dei picchi di
densità distinti modalità semiconservativa, cioè che ogni
doppia elica formata da un’emielica vecchia e una nuova.
filamento lento (laggng) e
filamento guida (leading)
Conclusioni: dopo
2 replicazioni
spariscono le eliche
“pesanti” e si
trovano solo le
leggere la
replicazione è
semiconservativa.
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tRNA
Se il tRNA contiene una Inosina nell’anticodone in wobble il tRNA può leggere
codoni nel mRNA che hanno A, U oppure C nella
terza posizione. Nella figura è rappresentato l’esempio della Glicina (Gly)
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Regolazione trascrizione nei procarioti- gli operoni
Triptofano. Componenti: operatore (con
repressore e co-repressore), promotore,
gene regolatore. I geni strutturali
dell’operone triptofano (corepressore)
codificano per gli enzimi che catalizzano la
sua sintesi. Quando il triptofano è
presente, non è necessario produrlo: il
repressore si lega all’operatore e la
trascrizione è bloccata. Il fine è esprimere
oppure no il prodotto finale triptofano
Lattosio. Componenti: operatore (con
induttore), promotore, gene regolatore
I geni strutturali dell’operone lattosio
(induttore) codificano per gli enzimi per
la sua demolizione. Quando è presente il
lattosio, il repressore libera l’operatore e
la trascrizione è attivata. Il fine è
esprimere oppure no il prodotto finale
lattosio
Splicing: eliminare gli
introni lasciando solo gli
esoni (porzioni codificanti),
poi riassemblare gli esoni. Il
fine del differenziamento
cellulare è la regolazione
genica differenziale, cioè
esprimere le proteine
(proteoma) che interessano
un dato tessuto, organo o
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apparato
La crescita batterica è esponenziale:
dopo n generazioni ci saranno 2n batteri.
Esempio in 20 generazioni (circa 3 giorni)
 220 = 1.048.576 batteri
Bacilli
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DNA
stampo
1° ciclo
2° ciclo
3° ciclo
2 copie
4 copie
8 copie
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18
19