Il DNA fu isolato per la prima
volta dal medico tedesco
Friedrick Miescher nel 1869.
La sostanza isolata da Miescher
era bianca, zuccherina,
leggermente acida e conteneva
fosforo: venne chiamata acido
nucleico.
Tale nome fu in seguito
modificato in acido
desossiribonucleico (DNA)
per distinguere questa
sostanza da una simile,
l'acido ribonucleico (RNA).
Nel 1928 Griffith effettuò un
primo efficace esperimento con
batteri della polmonite
(pneumococchi) e arrivò alla
conclusione che esisteva un
"principio trasformante" capace di
trasformare i batteri vivi senza
capsula in batteri con la capsula e
quindi virulenti.
Nel 1952 i biologi
americani Alfred
Hershey e Martha
Chase dimostrarono
che il materiale
genetico del
batteriofago T2 è
proprio il DNA .
Nel 1944, Oswald Avery, Colin
MacLeod, e Maclyn McCarty
mostrarono che l’informazione
genetica è contenuta nel DNA.
Essi dimostrarono che
le molecole di DNA
sono in grado di
indurre le cellule a
sintetizzare non solo
altro DNA fagico, ma
anche altre proteine,
producendo così fagi
completi.
•
Nel 1953 lo scienziato
americano James
Watson ed il fisico
francese Francis
Crick proposero un
modello di struttura
per il DNA.
• Secondo il loro
modello la
molecola di DNA
è un'elica a
filamento
doppio, dalla
forma di una
scala a spirale.
•
Watson vide una
fotografia del DNA
ottenuta dalla
ricercatrice Rosalind
Franklin.
• I due «montanti»
della scala sono
costituiti da
subunità ripetute di
un gruppo fosfato e
dello zucchero
desossiribosio a 5
atomi di carbonio. I
«pioli» sono
costituiti da basi
azotate appaiate.
Il gruppo fosfato
Il DNA contiene circa
il 9% di fosforo (P).
Il fosforo stabilisce
generalmente 3 legami, anche
se a volte, con un legame
dativo, può legarsi ad un
quarto atomo, di solito
l'ossigeno. Nella molecola di
acido fosforico il fosforo è
legato a 3 gruppi -OH e ad un
atomo di ossigeno.
Il fosfato si dice
primario, secondario
o terziario a seconda
che siano stati tolti
1, 2 o 3 ioni idrogeno.
Il gruppo fosfato è
la componente che
dà la caratteristica
acidità al DNA
Lo zucchero
Nel 1910, Phoebus A.T.
Levene identificò per
primo fra i composti
dell’acido nucleico il
ribosio.
CH2OH
H
H
OH
H
H OH
OH
Levene scoprì che non tutte
le molecole dell’acido nucleico
contengono ribosio, ma uno
zucchero simile, che
presenta un atomo di
ossigeno in meno e perciò è
detto desossiribosio.
Si distinguono gli acidi
nucleici in due tipi:
l’acido ribonucleico
(RNA), che contiene
esclusivamente ribosio,
e l’acido
desossiribonucleico
(DNA), che contiene
esclusivamente
desossiribosio.
CH2OH
H H
OH
H
H OH
H
Le basi azotate
Questi componenti azotati
degli acidi nucleici
possiedono un anello di
tipo purinico, a doppio
anello, o pirimidinico,ad
anello singolo, e per questo
furono chiamati
basi puriniche o basi
pirimidiniche.
Kossel scoprì che gli
acidi nucleici
possiedono anche
molecole cicliche
contenenti anelli in
cui è presente
l’azoto.
Le 2 purine si
chiamano adenina e
guanina (A e G), le 3
pirimidine sono la
citosina, la timina e
l´uracile (C, T e U).
Delle 5 basi A, C e G
si trovano sia
nell'RNA che nel
DNA.
La timina si trova
solo nel DNA,
mentre nell'RNA è
sostituita
dall'uracile.
I legami chimici
Levene ipotizzò che in una molecola
di acido ogni zucchero è attaccato
ad un gruppofosfato da una parte e
ad una delle 4 possibili basi azotate
dall'altra.
I 3 componenti così uniti formano
un nucleotide.
Nei nucleotidi singoli c´è normalmente un fosfato primario, con
un solo legame.
Il gruppo fosfato fa da ponte tra due nucleotidi: si lega con lo
zucchero di un nucleotide e con lo zucchero dell’ altro nucleotide,
diventando così un fosfato secondario.
Si forma così una catena
polinucleotidica con uno scheletro
costituito da gruppi fosfati legati
a zuccheri mediante legami
covalenti; da tale scheletro si
distaccano le varie basi azotate.
Le due eliche sono separate da
una distanza fissa di 2 nanometri.
Le 2 eliche sono unite da
legami idrogeno che si
formano tra le 2 basi
corrispondenti.
Gli scheletri delle due eliche si
sviluppano in verso antiparallelo
secondo la direzione 5’-3’ nella
prima elica e 3’-5’ nella seconda
3’ e 5’ si riferiscono alla
“posizione” degli atomi di C
nella molecola dello zucchero.
Timina (nel DNA)
Adenina
Uracile (nel RNA)
citosina
Due legami tra A-T e tre tra C-G.
guanina
La replicazione
semiconservativa del
DNA è stata dimostrata
nel 1958 da Meselson e
Stahe nel batterio E.Coli.
•
•
Il processo si chiama replicazione
semiconservativa perché i due filamenti
di una molecola di DNA privati degli
istoni, si separano e fungono da stampo
per la sintesi di nuovi filamenti
complementari.
Il primo enzima che interviene è un'elicasi, che si lega al DNA e
distanzia a forza le due catene rompendo i legami idrogeno tra le basi;
Successivamente agiscono altri enzimi che legandosi fortemente al
singolo filamento di DNA lo stabilizzano, impedendogli di riavvolgersi
(topoisomerasi).
•
L'assemblaggio dei singoli
nucleotidi del DNA nel
filamento, solo nella direzione
da 5' a 3', è catalizzato da un
gruppo d'enzimi noti come
DNA-polimerasi, che legano i
nucleotidi del DNA al nuovo
filamento in crescita.
• La DNA-polimerasi, per iniziare la sintesi,
necessita di un innesco di RNA(primer), che
è poi rimosso e sostituito da DNA.
Questa azione è svolta dall’ enzima primasi
La duplicazione procede su ambedue i lati della
forcella replicativa che si sta aprendo: un filamento è copiato in modo
continuo, mentre l’opposto in modo discontinuo.
• Per unire tra loro i frammenti discontinui di DNA (detti frammenti
d'Okazaki), è necessario l'intervento di una nucleasi che degradi l'RNA
degli inneschi, una DNA polimerasi che sintetizzi DNA al posto
dell'RNA, e una DNA ligasi che unisca il filamento neoformato al
frammento d'Okazaki
Durante la duplicazione del DNA avviene
l'azione proofreading delle DNA-polimerasi,
che fanno invertire la direzione di marcia
quando si rende necessario rimuovere quei
nucleotidi che non si sono appaiati in
modo corretto
Non potendo esserci una corrispondenza biunivoca tra basi azotate
e amminoacidi, la codifica avviene a gruppi di 3 basi (triplette o
codoni).
 Il codice si dice perciò
degenerato perché un
amminoacido è codificato
da più di una tripletta;
 Il codice è detto
universale perché gli
amminoacidi sono
codificati dalle stesse
triplette in tutti gli esseri
viventi (ad eccezione dei
mitocondri).
Fasi principali nella sintesi proteica a partire
dal DNA:
• trascrizione, il trasferimento di informazioni
genetiche dal DNA ad una molecola di RNA
messaggero;
• traduzione, l'informazione contenuta nel
mRNA viene convertita in proteine;
Nella trascrizione uno dei due filamenti di DNA funziona da stampo per
l’RNA chiamato RNA messaggero (mRNA) perché trasmette l’informazione
genetica dal DNA al dispositivo di traduzione (i ribosomi) che ha luogo nel
citoplasma. A differenza del DNA, tuttavia, le molecole di RNA hanno in
genere un solo filamento
Nel passaggio attraverso la membrana nucleare l’ mRNA subisce dei processi
di maturazione post-trascrizionali:
• vengono tagliate le sequenze introniche(splicing);
• all’estremo 5 viene aggiunta una base modificata detta CAP;
• all’estremo 3 vengono aggiunti 200 nucleotidi (poli-A);
Menù
La sintesi proteica, o traduzione, avviene sui
ribosomi.
Un ribosoma è formato da due subunità, una
grossa e una piccola, ognuna costituita da
specifici RNA ribosomiali (rRNA) e proteine.
Nella sintesi proteica è necessario anche un altro tipo di molecole di
RNA, cioè l'RNA di trasporto (tRNA).
Queste piccole molecole hanno una caratteristica forma a trifoglio, portano
su un'estremità un amminoacido e sul «braccio» centrale una tripletta di basi,
detta anticodone, facendo così da adattatori tra ciascun codone dell'mRNA e
il relativo amminoacido;
Man mano che arrivano i tRNA si forma il
legame peptidico tra i vari amminoacidi.
Il processo termina quando i ribosomi incontrano
una tripletta non-sense.