GLI ACIDI NUCLEICI • Questa è la formula chimica del DNA di un virus. Gli acidi nucleici • Per comprendere l’origine della struttura primaria delle proteine dobbiamo imparare a conoscere la quarta categoria di biomolecole: gli acidi nucleici. • Come le proteine, anche gli acidi nucleici sono polimeri, ed anch’essi contengono informazione biologica. I nucleotidi • I monomeri degli acidi nucleici si chiamano nucleotidi. • Anche i nucleotidi, come gli aminoacidi sono formati da una parte “fissa” e da una parte variabile. Struttura di un nucleotide Tre componenti • Parte fissa: • - un monosaccaride a cinque atomi di C, che si chiama: – > ribosio (nel RNA) – > desossiribosio (nel DNA) • - un acido fosforico (o gruppo fosfato) • Parte variabile: – una base azotata che può essere di cinque specie Le cinque basi azotate Purine e Pirimidine • Non impariamo le formule però impariamo i nomi: – Adenina (A) e Guanina (G) hanno un doppio anello e appartengono alla categoria delle purine – Citosina (C), Timina (T) e Uracile (U), hanno un anello singolo e appartengono alla categoria delle pirimidine. • Il gruppo fosfato (in giallo) fa da ponte nel legame (condensazione) fra i monomeri. L’RNA • L’ RNA è il polimero che si ottiene legando i nucleotidi con le seguenti caratteristiche: – Il monosaccaride è il ribosio – Le basi azotate sono: A, G, U, C. IL DNA • Il DNA è il polimero che si ottiene legando i nucleotidi con le seguenti caratteristiche: – Il monosaccaride è il desossiribosio, che ha un ossigeno in meno rispetto al ribosio – Le basi azotate sono: A, G, T, C. La sequenza • Anche nel caso degli acidi nucleici è fondamentale la struttura primaria, o sequenza, la quale viene rappresentata utilizzando le iniziali delle basi azotate presenti nei nucleotidi. Ad esempio, un tratto di RNA potrebbe essere: …..UAAACUGUUUCCUUAACGGGCGC….. Ciascuna lettera indica un nucleotide. L’appaiamento specifico • Nel funzionamento di tutti gli acidi nucleici è fondamentale un aspetto nuovo: i nucleotidi di un polimero si appaiano con i nucleotidi di un altro polimero in base ad una regola: IL PRINCIPIO DELLE BASI COMPLEMENTARI Il principio delle basi complementari • Questa regola è molto semplice: • L’adenina è complementare alla timina (DNA) o all’uracile (RNA). • La guanina è complementare alla citosina. • Ciò significa che due filamenti si appaiano in modo specifico rispettando sempre la regola delle basi complementari. • L’appaiamento avviene mediante legami idrogeno, che sono deboli legami reversibili. • Una purina si appaia sempre con una pirimidina e viceversa. • Ciò che abbiamo detto finora sugli acidi nucleici vale per tutti gli organismi (batteri, piante, funghi, animali, ecc..). • Vediamo adesso in quali forme si trovano il DNA e l’RNA negli organismi eucarioti (tutti tranne i batteri). Il DNA si trova nel nucleo • Ogni cellula eucariote ha un nucleo, all’interno del quale si trova il DNA. • Le cellule di ogni specie vivente contengono un numero preciso e costante di molecole di DNA (cromosomi). Indicheremo questo numero con “2n”. Alcuni esempi (2 x n = 2n) Lievito 2 x 17 = 34 Tabacco Orzo Zanzara Tacchino Topo Cane Asino Scimpanzè Uomo 2 x 24 = 48 2 x 7 = 14 2x3=6 2 x 41 = 82 2 x 20 = 40 2 x 39 = 78 2 x 31 = 62 2 x 24 = 48 2 x 23 = 46 La cromatina • Durante la vita normale della cellula, i filamenti di DNA sono dispersi nello spazio contenuto all’interno del nucleo. La doppia elica • Questi filamenti di DNA in realtà sono formati da 2 catene complementari attorcigliate: questa forma si chiama doppia elica. Quanto sono lunghe le molecole di DNA? • Ad esempio nell’uomo per formare tutti i 46 cromosomi sono necessari circa 6.400.000.000 nucleotidi. L’RNA è presente in 3 forme diverse • Abbiamo 3 tipi di RNA: • 1) RNA messaggero (mRNA) • 2) RNA di trasporto (tRNA), o “transfer” • 3) RNA ribosomiale (rRNA) • Vediamo le immagini nella prossima scheda Tre tipi di RNA La sintesi proteica • La sintesi proteica è la costruzione delle proteine all’interno delle cellule. • Ogni cellula deve sintetizzare le proteine giuste al momento giusto. • Quando una cellula ha bisogno di una proteina se la deve costruire in proprio, a partire dai singoli amminoacidi. • Un organismo non può utilizzare proteine già pronte ricavandole dagli organismi di cui si nutre. • Le proteine presenti nel nutrimento vengono digerite, ossia scomposte nei singoli amminoacidi. Questi amminoacidi possono essere utilizzati per formare le nuove proteine. • Alcuni amminoacidi possono essere costruiti dalla cellula attraverso specifiche vie anaboliche. • Altri amminoacidi devono essere assunti obbligatoriamente con il nutrimento, in quanto mancano le vie metaboliche specifiche: questi amminoacidi si chiamano “essenziali”. • Quando la cellula ha tutti gli amminoacidi che servono, come fa a costruire una proteina? • Gli amminoacidi devono essere legati fra loro (legame peptidico) per formare i polipeptidi della proteina. • La sequenza degli amminoacidi di ogni polipeptide non è casuale, ma deve corrispondere alla struttura primaria della proteina. • Come si fa a creare la giusta sequenza di amminoacidi? • Questa è la questione che sta alla base della vita di ogni cellula. • Ora vedremo come la sequenza dei nucleotidi nel DNA viene utilizzata per creare la giusta sequenza di amminoacidi nei polipeptidi delle proteine. • Il DNA si trova in forma di doppia elica: due filamenti paralleli sono appaiati in base al principio delle basi complementari. • All’interno della lunga sequenza del DNA, suddivisa nei vari cromosomi (46 nell’uomo), sono disposti dei “segmenti” ciascuno dei quali serve per la costruzione di un singolo polipeptide: questi segmenti sono i geni. Un esempio: il gene dell’emoglobina umana (2052 bp) • GGGACACCTCGGTGTGGGATCCCAACCGGTTAGATGAGGGTCCTCGTCCCTCCCGTCCTCGGTCCCGA CCCGTATTTTCAGTCCCGTCTCGGTAGATAACGAATGTAAACGAAGACTGTGTTGACACAAGTGATCGTTG GAGTTTGTCTGTGGTACCACGTGGACTGAGGACTCCTCTTCAGACGGCAATGACGGGACACCCCGTTCC ACTTGCACCTACTTCAACCACCACTCCGGGACCCGTCCAACCATAGTTCCAATGTTCTGTCCAAATTCCTC TGGTTATCTTTGACCCGTACACCTCTGTCTCTTCTGAGAACCCAAAGACTATCCGTGACTGAGAGAGACG GATAACCAGATAAAAGGGTGGGAAGCCGACGACCACCAGATGGGAACCTGGGTCTCCAAGAAACTCAGG AAACCCCTAGACAGGTGAGGACTACGACAATACCCGTTGGGATTCCACTTCCGAGTACCGTTCTTTCACG AGCCACGGAAATCACTACCGGACCGAGTGGACCTGTTGGAGTTCCCGTGGAAACGGTGTGACTCACTC GACGTGACACTGTTCGACGTGCACCTAGGACTCTTGAAGTCCCACTCAGATACCCTGGGAACTACAAAA GAAAGGGGAAGAAAAGATACCAATTCAAGTACAGTATCCTTCCCCTCTTCATTGTCCCATGTCAAATCTTAC CCTTTGTCTGCTTACTAACGTAGTCACACCTTCAGAGTCCTAGCAAAATCAAAGAAAATAAACGACAAGTAT TGTTAACAAAAGAAAACAAATTAAGAACGAAAGAAAAAAAAAGAAGAGGCGTTAAAAATGATAATATGAATT ACGGAATTGTAACACATATTGTTTTCCTTTATAGAGACTCTATGTAATTCATTGAATTTTTTTTTGAAATGTGT CAGACGGATCATGTAATGATAAACCTTATATACACACGAATAAACGTATAAGTATTAGAGGGATGAAATAAAA GAAAATAAAAATTAACTATGTATTAGTAATATGTATAAATACCCAATTTCACATTACAAAATTATACACATGTGTA TAACTGGTTTAGTCCCATTAAAACGTAAAGATTAAAATTTTTTACGAAAGAAGAAAATTATATGAAAAAACAA ATAGAATAAAGATTATGAAAGGGATTAGAGAAAGAAAGTCCCGTTATTACTATGTTACATAGTACGGAGAAA CGTGGTAAGATTTCTTATTGTCACTATTAAAGACCCAATTCCGTTATCGTTATAAAGACGTATATTTATAAAGA CGTATATTTAACATTGACTACATTCTCCAAAGTATAACGATTATCGTCGATGTTAGGTCGATGGTAAGACGAA AATAAAATACCAACCCTATTCCGACCTAATAAGACTCAGGTTCGATCCGGGAAAACGATTAGTACAAGTATG GAGAATAGAAGGAGGGTGTCGAGGACCCGTTGCACGACCAGACACACGACCGGGTAGTGAAACCGTTT CTTAAGTGGGGTGGTCACGTCCGACGGATAGTCTTTCACCACCGACCACACCGATTACGGGACCGGGTG TTCATAGTGATTCGAGCGAAAGAACGACAGGTTAAAGATAATTTCCAAGGAAACAAGGGATTCAGGTTGAT GATTTGACCCCCTATAATACTTCCCGGAACTCGTAGACCTAAGACGGATTATTTTTTGTAAATAAAAGTAAC GTTACTACATAAATTTAATAAAGACTTATAAAATGATTTTTCCCTTACACCCTCCAGTCACGTAAATTTTGTAT TTCTTTACTACTCGACAAGTTTGGAACCCTTTTATGTGATATAGAATTTGAGGTACTTTCTTCCACTCCGAC GTTGGTCGATTACGTGTAACCGTTGTCGGGGACTACGGATACGGAATAAGTAGGGAGTCTTTTCCTAAGA ACATCTCCGAACTAAACGTCCAATTTCAAAACGATACGACATAAAATGTAATGAATAACAAAATCGACAGGA GTACTTACAGAAAAGTGATGGGTAAACGAATAGGACGTAGAGAGAGTCGGAACTGA La trascrizione • La doppia elica del DNA viene “aperta” in corrispondenza del gene che deve essere utilizzato per sintetizzare la proteina. • UNO dei due filamenti viene “trascritto” sotto forma di RNA complementare: si ottiene il mRNA, o RNA messaggero. Lo splicing • Dal mRNA trascritto primario vengono tagliati ed eliminati dei segmenti interni (INTRONI). • Gli ESONI, ossia i segmenti rimanenti vengono uniti per formare l’mRNA maturo. La traduzione • Il messaggero maturo esce dal nucleo e si lega ad uno o più ribosomi, i quali servono alla sintesi della proteina: essi formano i legami peptidici fra gli amminoacidi, scegliendo per ciascuna posizione l’amminoacido giusto. • La corrispondenza fra “triplette” di nucleotidi e amminoacidi è il CODICE GENETICO. Il codice genetico Il tRNA • L’RNA di trasporto è la molecola decisiva che associa a ciascuna tripletta del mRNA un amminoacido ben preciso e nessun altro, secondo il codice genetico. La formazione del polipeptide I segnali di inizio e fine • Il ribosoma incomincia a “tradurre” il messaggero a partire da una tripletta “fissa”: AUG. Questa tripletta corrisponde all’amminoacido Metionina (Met), tuttavia questa prima Metionina è modificata, e viene in seguito tolta dal polipeptide. • Il ribosoma prosegue a legare gli amminoacidi fino a quando non incontra una tripletta di terminazione, o “non-senso”: UAA, UAG, UGA. • A questo punto si stacca e libera il polipeptide che va a formare la proteina.