Il materiale ereditario
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Nel 1930-40 le proteine erano reputate le candidate
più probabili a rappresentare il materiale genetico
(sono fatte da 20 AA, mentre gli acidi nucleici sono
fatti da 4-5 nucleotidi)
1928: Griffith studia i ceppi R e S di Pneumococco ed
evidenzia un “Principio Trasformante” in grado di
trasformare i batteri uccisi al calore conferendo loro le
caratteristiche dei batteri vivi
1944: Avery, Mac Leod e Mc Carty identificano nel
DNA il “Principio Trasformante”. Essi lisarono il ceppo
S e frazionarono il contenuto cellulare: lipidi,
polisaccaridi e proteine non erano in grado di
trasformare le cellule batteriche; la trasformazione
avveniva solo grazie alla frazione contenente gli acidi
nucleici
Il DNA è coinvolto nella replicazione
virale
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1952: Hershey e Chase
studiano la replicazione
dei batteriofagi, virus che
infettano i batteri
facendo penetrare solo
una parte della loro
struttura
Marcando alcuni fagi con
35S (Pt) ed altri con 32P
(Ac. Nucleici)
dimostrarono che il
materiale responsabile
della replicazione virale è
il DNA
Gli Acidi Nucleici, DNA ed RNA,
sono polimeri dei nucleotidi
Struttura del DNA(I)
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I gruppi fosfato formano
legami 3’-5’ fosfodiesterici
La catena polinucleotidica
ha una polarità con
estermità 3’ ed estermità 5’
1949: Regole di Cargaff:
Nel DNA estratto da diversi
tessuti
N° purine=N° pirimidine
Adenine=Timine
Citosine=Guanine
1951-1953: Franklin e Wilkins:
diffrazione ai raggi X del DNA
Struttura del DNA(II)
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Franklin e Wilkins: dalla analisi
cristallografica si evince che il DNA ha
struttura elicoidale e che si ripetono le misure
di 0.34 nm, 3.4 nm, 2nm
Watson e Crick (1953) propongono un
modello strutturale del DNA: due catene
polinucleotidiche sono avvolte fra di loro a
costituire una doppia elica. L’ impalcatura
esterna è costituita da zucchero-fosfato,
mentre le basi azotate si appaiano all’
interno. Ogni coppia di basi dista dall’ altra
0.34 nm; ciascun passo dell’ elica comprende
10 b.p. (=3.4 nm); la larghezza è 2nm
Le due catene hanno disposizione
antiparallela
Appaiamento specifico delle basi
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La larghezza di 2 nm si
concilia solo con l’
appaiamento fra una
purina ed una pirimidina
I legami ad H favorevoli
si hanno solo fra CG e AT
Questo appaiamento
specifico delle basi si
accorda con i dati di
Cargaff
La sequenza delle basi
nelle due semieliche è
complementare
Le possibili sequenze
nucleotidiche nelle
cellule sono infinite e
possono immagazzinare
un enorme numero di
informazioni
Replicazione del DNA (I)
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Nel modello di Watson e Crick “la
specificità dell’ appaiamento fra le basi,
suggerisce immediatamente un possibile
meccanismo di copiatura del materiale
genetico”
Ciascun filamento di DNA può fungere da
stampo per la copia del filamento opposto
in una replicazione semiconservativa
La prova sperimentale della replicazione
semiconservativa, si deve a Meselson e
Stahl (1958)
La replicazione semiconservativa
spiega la trasmissione delle mutazioni
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Le mutazioni possono
insorgere come
cambiamento nella
sequenza di basi del DNA
La replicazione
semiconservativa permette
alle mutazioni di essere
tramandate alle cellule
figlie
In genere intervengono
efficienti sistemi di riparo,
ma in media un errore su
un miliardo non viene
corretto durante la
replicazione
Replicazione del DNA (II)
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E’ un processo complesso che richiede l’
intervento di moltissimi enzimi e di energia
Innanzitutto le due semieliche del DNA
devono essere srotolate ad opera delle DNA
elicasi
Poi la singola elica deve essere stabilizzata
finché non viene copiata, ad opera delle
proteine che legano il singolo filamento
(SSBP)
Nella regione adiacente a quella srotolata, si
crea un superavvolgimento, per cui
intervengono le Topoisomerasi (I e II) che
operano i tagli e poi risaldano i filamenti
Replicazione del DNA (III)
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Le DNA polimerasi
aggiungono
nucleotidi al 3’
partendo da
nucleosidi trifosfati
ed usando l’ energia
del PP
Il nuovo filamento
cresce sempre dal
5’ al 3’
Replicazione del DNA (IV)
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Le DNA polimerasi possono aggiungere
nucleotidi al 3’ di una catena polinucleotidica
preesistente
Nel punto di inizio della replicazione è
necessario un innesco, costituito da un RNA
primer (5-14 nucleotidi) che viene
sintetizzato dalla RNA primasi (che copia
RNA su DNA). Poi continua la DNA polimerasi
Infine il primer viene degradato da enzimi
specifici e sostituito da DNA
Replicazione del DNA (V)
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I filamenti del DNA sono antiparalleli
La sintesi può avvenire solo dal 5’ al 3’ Su uno stampo
3’→5’
La replicazione inizia in un punto preciso, l’ origine di
replicazione ed entrambi i filamenti vengono copiati
nella forca di replicazione (ad Y)
La posizione della forca di replicazione cambia
continuamente
L’ estremità 3’ di uno dei filamenti si allunga in
maniera continua verso la forca di replicazione
(filamento guida)
L’estremità 3’ dell’ altro filamento si allunga in
maniera discontinua nella direzione opposta all’
avanzamento della forca (filamento in ritardo)
Questi frammenti di Okazaki (100-2000 nucleotidi)
vengono riuniti dalla DNA ligasi
Le telomerasi
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I cromosomi eucariotici hanno estremità libere
Le DNA polimerasi lavorano in maniera discontinua sul
filamento in ritardo e, all’ estremità del cromosoma,
lasciano una piccola porzione non replicata
Questo DNA telomerico che si perde ad ogni ciclo
cellulare, non contiene sequenze codificanti ma
sequenze ripetute
Il DNA telomerico può essere allungato dalla
Telomerasi, particolare DNA polimerasi attiva nelle
cellule in intensa replicazione (cellule germinali e
neoplastiche)
La perdita di DNA telomerico sembra correlata al
processo della senescenza e la possibilità di interferire
farmacologicamente con le telomerasi apre prospettive
nella terapia di malattie degenerative e neoplastiche