DOGMA CENTRALE DELLA BIOLOGIA
Secondo il dogma centrale della biologia, il DNA dirige la
sintesi del RNA che a sua volta guida la sintesi delle
proteine. Tuttavia il flusso unidirezionale di informazioni
ipotizzato da questo dogma ( DNA
RNA
Proteine )
non riflette il ruolo che svolgono le proteine stesse nel
facilitare il flusso di informazioni.
Un modo più esatto di rappresentare la relazione che nelle
cellule lega la sintesi del DNA dell’RNA e delle proteine è il
seguente:
DNA
RNA
proteine
immagine estratta dal cromosoma umano 20, che ha
63.644.868 paia di basi cromosomiche,
rappresentato con le lettere A C G T, e con dei punti
per le sezioni apparentemente inutilizzate.
Alcuni dati illustrati presi dal sito di 23andMe, l'azienda
americana che mappa il genoma umano a chiunque
voglia, per meno di mille dollari
IL CODICE GENETICO
L’RNA messaggero trasferisce le informazioni dal DNA
utilizzando un codice genetico a tre lettere
Codice a triplette in cui gruppi di tre nucleotidi vengono letti
A partire da uno specifico punto d’inizio.
• Ogni tripletta forma un codone ( 43 = 64 combinazioni)
• Dei 64 possibili codoni del codice genetico ,
• 61 specificano aminoacidi e tre sono codoni di arresto
UUU
UUC
UUA
UUG
Il 1° codone determina il modulo di lettura “ reading frame”
Es. modulo di lettura :
IL CODICE GENETICO E TRADUZIONE
Quanti nucleotidi occorrono per codificare 20 aminoacidi ?
• Una sequenza di 3 basi (tripletta o codone) codifica
un aminoacido.
• Tre codoni (TAA, TAG, TGA) codificano lo "STOP",
ovvero la fine della proteina.
• ATG codifica la metionina ma indica anche l'inizio
della regione codificante della proteina.
• La sequenza aminoacidica di una proteina è definita da
una sequenza lineare di triplette codificanti contigue.
IL CODICE GENETICO E TRADUZIONE
il codice genetico e’ degenerato :
ad un singolo aa può corrispondere più di un codone
Metionina e Triptofano hanno un solo codone
aa con codoni multipli:
La differenza tra i vari codoni generalmente riguarda la terza base
(estremità 3’).
Le prime 2 lettere sono le principali determinanti della specificità
Crick postulò che la 3a base della maggior parte dei codoni si appaia
in modo piuttosto “libero” e per questo si dice che le terze basi di tali
codoni oscillano
La base oscillante del codone appaiandosi debolmente permette la
rapida dissociazione del tRNA dal suo codone durante la sintesi
proteica
IL CODICE GENETICO E TRADUZIONE
Per ciascuno dei 20 aa esiste almeno una specifica
molecola di tRNA.
Le molecole di tRNA sono costituite da ca. 75-80 nt
Estremità 3’ CCA costituisce il sito di legame dell’aa
La parte centrale della molecola contiene l’anticodone,
punto di contatto con l’mRNA (sequenza complementare)
IL CODICE GENETICO E TRADUZIONE
In che modo una molecola di t RNA può combinarsi con il corretto aa?
Grazie all’azione di enzimi attivanti detti aminoacil-tRNA sintetasi
Ogni aminoacil-tRNA sintetasi è specifico per un determinato aa
e per il corrispondente t RNA.
L’enzima reagisce con una molecola di ATP catalizzando il
trasferimento dell’aa dall’AMP al nt 3’ del t RNA
RIBOSOMI E SINTESI PROTEICA
I ribosomi sono indispensabili per la traduzione dell’informazione
genetica in una catena polipeptidica
Il ribosoma si lega alla molecola di mRNA che deve tradurre
e contiene due siti di legame per i tRNA : sito P e sito A
Trascrizione dei vari tipi di RNA (2) che nei ribosomi (3) traducono
l’informazione genetica nella sintesi delle proteine
RIBOSOMI E SINTESI PROTEICA
La sintesi proteica o traduzione si realizza attraverso tre fasi
in cui le reazioni sono catalizzate da proteine ribosomiche :
inizio, allungamento e terminazione
INIZIO :
1. Formazione di un complesso di inizio costituito da una subunità
ribosomiale minore legata al codone d’inizio (AUG) sulla catena
dell’mRNA e ad una molecola di tRNA portante il primo aa
( Met = metionina).
2. La subunità ribosomica maggiore si unisce al complesso di inizio
ed il sito P del ribosoma ospita la prima molecola di t RNA + Met
mentre il sito A si trova in corrispondenza del secondo codone
dell’mRNA .
3. Un gruppo di proteine dette fattori di inizio (eIF-n, eIF-2 che lega
il cappuccio dell’mRNA) partecipano alla direzione del processo
utilizzando l’energia fornita dal GTP.
RIBOSOMI E SINTESI PROTEICA
ALLUNGAMENTO
La sintesi proteica procede dall’estremità N-terminale verso
l’estremità C-terminale.
Il ribosoma si sposta lungo l’mRNA in direzione 5’-3’
Il tRNA carico dell’aa corrispondente al secondo codone
dell’mRNA entra nel sito A libero.
La subunità maggiore catalizza il legame peptidico tra l’aa nel
sito P e quello nel sito A.
L’allungamento della catena
avviene legando il polipeptide
nascente
al
residuo
amminoacido presente sul
tRNA entrante.
RIBOSOMI E SINTESI PROTEICA
TERMINAZIONE
La traduzione si arresta con il codone di STOP – UAA, UAG o
UGA. Questi codoni legano il fattore di rilascio eRF che riconosce
tutte tre le triplette e promuove il legame di una molecola di
acqua piuttosto che di un aa comportando la separazione dal
ribosoma della proteina.
La presenza dei polisomi aumenta la velocità di sintesi proteica.
RIBOSOMI E SINTESI PROTEICA
Una sequenza segnale
indirizza il polipeptide nel
reticolo endoplasmatico rugoso
La proteina contenente gli aa
segnale penetra nel ER dove
viene completato
l’allungamento.
Quando completata, la proteina
viene liberata nel citosol.
LE MUTAZIONI GENETICHE
Una mutazione è un’alterazione irreversibile ed ereditabile
della sequenza nucleotidica del DNA quindi dell’informazione
genetica.
Errori non corretti che si verificano nella replicazione del DNA
associata la produzione dei gameti hanno un importanza
fondamentale per l’evoluzione.
L’evoluzione si basa sulle mutazioni genetiche favorevoli a
cambiamenti adattativi delle specie.
In base all’entità dell’alterazione possiamo dividere le mutazioni
in due categorie :
Le mutazioni puntiformi : mutazioni che causano la
trasformazione di un gene a causa della sostituzione di singoli
nucleotidi
Le mutazioni cromosomiche : cambiamento della posizione o
della direzione di un segmento di DNA.
LE MUTAZIONI GENETICHE
LE MUTAZIONI PUNTIFORMI
1. Mutazioni silenti : sostituzione di paia di basi che permettono di
codificare per lo stesso aminoacido
(es. AGU -> AGC comunque codifica l’aminoacido serina)
Queste mutazioni sono
importanti per spiegare
la diversità genetica non
espressa in caratteri
fenotipici.
2. Mutazioni di senso : sostituzione di basi che possono modificare il
messaggio genetico e nella proteina codificata un aminoacido viene a
sostiturne un altro
Es. allele per la globina
umana causa
dell’anemia faciforme.
In condizioni di
omozigosi recessiva
causa malformazioni
agli eritrociti che in
presenza di basse
pressioni di ossigeno
collassano assumendo
la caratteristica forma a
falce
LE MUTAZIONI GENETICHE
LE MUTAZIONI PUNTIFORMI
3. Mutazioni non senso : crea un codone di STOP dove non c’era.
Hanno effetti distruttivi molto piu frequenti delle mutazioni di senso.
4. Mutazioni per spostamento della griglia di lettura
inserimento/cancellazione può causare uno spostamento (shift) di tutta
la sequenza
LE MUTAZIONI GENETICHE
MUTAZIONI CROMOSOMICHE
I cromosomi possono subire delle rotture durante il processo di
replicazione e riunione non corrette di parti di cromosomi.
I filamenti di DNA possono quindi contenere delle mutazioni
macroscopiche :
(a) Delezione : cancellazione di un tratto di DNA.
(b) Duplicazione : cromosomi omologhi si rompono in punti
diversi e si riuniscono ognuno con il partner dell’altro (un
segmento avrà una delezione mentre l’altro una duplicazione).
(c) Inversione : inversione di un tratto di DNA rispetto al resto.
(d)Translocazione : scambio di grandi tratti di DNA