Il dna

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Il DNA
Il DNA è costituito da lunghe catene di nucleotidi legate insieme a formare polinucleotidi. Ogni nucloetide è formato da uno zucchero, un gruppo fosfato e una base azotata. Gli zuccheri e i gruppi fosfato si alternano a formare una sorta di scheletro. A quest’ultimo sono legati lateralmente quattro tipi di basi azotate:
• Due pirimidine (citosina, timina), costituite da anelli di quattro atomi di carbonio due atomi di azoto
• Due purine (adenina,guanina), formate da un doppio anello a sei atomi di carbonio e quattro atomi di azoto.
La molecola di DNA ha una struttura a elica, ed è simmetrica.
Secondo la regola di Chargaff (complementarietà delle basi) nel DNA di tutte le specie viventi, la quantità di adenina è uguale alla quantità di timina e la quantità di guanina è uguale alla quantità di citosina. Attraverso alcuni esperimenti e studi nel corso del tempo anche gli scienziati più scettici si convinsero che il DNA è il materiale genetico che contiene le informazioni necessarie per la sintesi di particolari proteine.
La complementarietà delle basi sta alla base delle capacità di duplicazione del DNA. E’ inoltre alla base della comprensione del meccanismo di duplicazione dei cromosomi prima della divisione cellulare e del funzionamento dei geni.
La duplicazione del DNA è lega inoltre alla presenza degli enzimi. L’enzima che catalizza il legame tra i nucleotidi si chiama DNA polimerasi la quale lega solo nucleotidi a un tratto già esistente, cioè un polinucleotide chiamato primer.
La duplicazione inizia da un primer RNA, che si forma grazie all’attività di un altro enzima chiamato primasi che sintetizza filamenti d RNA copiando piccoli segmenti di DNA in RNA, senza bisogno di un primer.
In una cellula in divisione il DNA appare come una molecola lunga e sottile, presenta inoltre dei rigonfiamenti simili a bollicine che si espandono durante la duplicazione.
Nel tratto che precede e segue la bolla di duplicazione si trovano filamenti di DNA originario, mentre in corrispondenza della bolla si distinguono i quattro filamenti del DNA in duplicazione.
Ciascuna bolla contiene due forcelle di duplicazione, in corrispondenza ciascun filamento inizia a dirigere la formazione di una filamento complementare. Con il procedere della duplicazione, le forcelle si allontanano l’una dall’altra.
La duplicazione del DNA avviene sempre in corrispondenza al punto di origine della duplicazione.
Molte proteine prendono parte alla duplicazione. Un enzima chiamato elicasi utilizza l’energia dell’ATP per svolgere l’elica, mentre un altro enzima, il DNA girasi, impedisce che si attorcigli. Un'altra proteina si lega al DNA svolto e mantiene aperti i bracci della forcella di duplicazione.
Tutti gli organismi hanno il DNA costituito dagli stessi materiali. Eppure molte specie viventi sono completamente diverse. Tali differenze dipendono dall’accumulo di mutazioni, ossia modificazioni permanenti delle sequenze di nucleotidi del DNA.
Le mutazioni possono essere classificate in base all’entità delle variazioni provocate nel DNA:
• Mutazioni puntiformi, includono sostituzioni di basi, inserzioni(aggiunta) e delezioni(rimozione) di uno o più nucleotidi
• Mutazioni cromosomiche, comprendono delezioni, traslocazioni, inversioni e duplicazioni di uno o più geni.
Le mutazioni avvengono spontaneamente, ma possono essere aumentate dall’esposizione ad agenti mutogeni come raggi ultravioletti, raggi X e diverse sostanze chimiche.
Le cellule possiedono inoltre particolari meccanismi per la riparazione dei danni del DNA e la correzione degli errori di duplicazione.
Il DNA e l’RNA sono dotati di un linguaggio particolare caratterizzato da un alfabeto composta da quattro nucleotidi, mentre quello dei polipeptidi è composta da venti lettere(gli amminoacidi). Attraverso un codice genetico è possibile tradurre il linguaggio degli acidi nucleici nel linguaggio dei polipeptidi. Il codice è basato su gruppi di tre nucleotidi, ogni tripletta o codone codifica per un amminoacido. Esso è ridondante nel senso che più codoni possono avere lo stesso significato. Delle 64 triplette solo 61 traducono per amminoacidi. Gli altri tre codoni sono chiamati codoni nonsenso o di stop, perché segnalano la fine di una catena polipeptidica.
L’RNA può essere considerato l’intermediario nella produzione delle proteine. La prima parte del processo è chiamato trascrizione, si passa dunque da DNA a RNA. Durante la trascrizione, le informazioni del DNA sono trascritte sotto forma di RNA e a partire dalle informazioni contenute nel RNA le cellule producono i polipeptidi. Il risultato della copia delle informazioni è costituito da una molecola d RNA messaggero(mRNA). L RNA è un polinucleotide e differisce dal DNA per tre caratteristiche:
• RNA è costituito da ribosio e non dal disossiribosio
• Al posto della tinina presenta l’uracile
• È formato da un singolo filamento invece che di due
Quando un gene del DNA viene trascritto in un filamento di mRNA il processo viene catalizzato dall’enzima RNA polimerasi. Questo enzima trascrive il DNA in RNA partendo da un solo filamento di DNA. Il segnale di inizio è una particolare sequenza del DNA chiamata promotore. L RNA polimerasi riconosce il promotore grazie a proteine chiamate fattori di trascrizione, srotola e separa i due filamenti di DNA e si lega al promotore.
La trascrizione termina in corrispondenza di sequenze particolari chiamate terminatori.
La sintesi delle proteine richiede in particolare tre tipi di RNA:
• RNA messaggero che trasporta le informazioni genetiche del DNA ai ribosomi dove gli amminoacidi vengono assemblati in polipeptidi nell’ordine specificato dall’ mRNA
• RNA di trasporto che lega un amminoacido al corrispondente codone d mRNA
• RNA ribosomiale che costituisce i ribosomi, ossia il luogo dove avviene la sintesi proteica.
In tutti i ribosomi l’ rRNA si comporta da ribozima,ossia da enzima, catalizzando l’assemblaggio degli amminoacidi in polipeptidi.
Gli amminoacidi vengono legati a molecole adattatrici cioè al tRNA ognuna delle quali contiene un anticodone, una sequenza di nucleotidi complementare a un codone dell’mRNA.
La molecola di tRNA per riconoscere il giusto amminoacido si basa sulla forma e sulla distribuzione delle cariche di quest’ultimo. Il loro legame tuttavia dipende da una serie di enzimi.

Il processo della traduzione si suddivide in tre fasi:
• L’inizio: l’mRNA si aggancia alla subunità ribosomiale. Inizia dunque la codifica della metionina. Dopo che il primo tRNA si lega con la metionina, questi vengono posizionati e inizia la seconda fase della traduzione
• L’allungamento:è caratterizzato da tre passaggi:
1. la sistemazione dell’aminoacido successivo
2. la formazione di un legame peptidico tra il polipeptide in formazione e l’amminoacido successivo
3. lo spostamento del ribosoma al codone seguente
• La terminazione: si apre con la comparsa di un codone stop nell’mRNA. Una proteina chiamata fattore di rilascio si lega al codone di stop e l’enzima che forma i legami peptidici durante l’allungamento stacca il polipeptide dall’ultimo tRNA liberandolo dal citoplasma.
Le cellule contengono migliaia di geni che possono essere espressi o meno come polipeptidi. Le cellule sono in grado di regolare tale espressione a molti livelli.
Il più efficiente è il controllo a livello di trascrizione: le cellule aumentano o diminuiscono la quantità d mRNA trascritto a partire dal DNA.
Possono effettuare tale regolazione attraverso il controllo post-trascrizionale: il filamento d mRNA viene trascritto ma il pre-mRNA viene modificato prima di raggiungere il citoplasma.
Inoltre è possibile attuare il controllo a livello della traduzione: la sintesi mRNA per un dato polipeptide viene portata a termine ma la cellula regola la velocità con cui avviene la traduzione.
Esiste anche un controllo post-traduzionale: la cellula dopo aver prodotto un polipeptide, ne modifica la struttura e il comportamento.
Nei procarioti si può avere un controllo a livello di trascrizione con un meccanismo di regolazione negativa o positiva che inibisce o aumenta la trascrizione.
Negli eucarioti la regolazione dell’espressione genetica è più complessa a causa della presenza dell’involucro nucleare,del ripiegamento e impacchettamento del DNA e dei numerosi compartimenti intracellulari.

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