Mappa concettuale DNA

Il DNA (o acido desossiribonucleico) è un acido nucleico che contiene l’ informazione genetica e da cui si ricavano RNA e proteine. E' un polimero organico formato da nucleotidi. Ogni nucleotide è formato da uno zucchero pentoso (il desossiribosio), un gruppo fosfato e una base azotata (adenina, timina, guanina, citosina).

Negli eucarioti, il DNA si trova sotto forma di cromosomi, complessato a proteine come gli istoni, le coesine e le condensine.

In questa mappa concettuale sul DNA vediamo i concetti chiave riguardanti:

Struttura del DNA

Due filamenti di DNA si associano a formare una doppia elica. Lo scheletro laterale è formato dall’ alternanza di zucchero e gruppi fosfato dei vari nucleotidi. I legami presenti nel DNA sono:

• fosfodiesterico (covalente) tra il gruppo fosfato e il carbonio in posizione 3′ di uno zucchero e con quello in posizione 5′ di quello seguente. Questi legami determinano il senso di ciascun filamento di DNA. I due filamenti della doppia elica hanno senso opposto e per questo sono detti antiparalleli. Infatti, si definisce di ciascun filamento un’ estremità 5′ ed un’ estremità 3′  
• N-glicosidico tra base azotata e carbonio in posizione 1' dello zucchero
• idrogeno tra le basi di filamenti opposti, che stabilizzano l’elica

Le basi azotate hanno struttura eterociclica e si dividono in:

• basi puriniche, perché derivano dalla purina (adenina A e guanina G)
• basi pirimidiniche, perché derivano dalla pirimidina (timina T e citosina C)

I due filamenti complementari si avvitano determinando una spirale destrorsa.

Appaiamento delle basi

Gli appaiamenti complementari consistono nella formazione di legami idrogeno tra basi puriniche e pirimidiniche:

• 2 legami idrogeno tra A e T, meno stabili
• 3 legami idrogeno tra G e C, più stabili

Questi legami possono essere rotti per azione termica, meccanica o enzimatica.

La temperatura di melting (Tm) è la quella necessaria a rompere tutti i ponti idrogeno ed è indice della stabilità dei filamenti. La stabilità dei filamenti è direttamente proporzionale al numero di GC e alla lunghezza del filamento, che si può misurare in paia di basi.

Funzioni biologiche del DNA

L’ informazione genetica è contenuta nei geni, che sono sequenze nucleotidiche che hanno un’ influenza sul fenotipo dell’organismo. La trascrizione è il processo con cui si ricava un RNA complementare a partire dal filamento di DNA. Dall’mRNA tramite il codice genetico avviene la sintesi proteica.

Struttura del genoma

• Nei procarioti si trova nel nucleoide, regione nucleare priva di membrana
• Negli eucarioti si trova principalmente nel nucleo

Ogni gene presenta una open reading frame, che viene trascritta e una regione regolatoria, composta da promotore ed enhancers. Il genoma è composto per:

• 1,5 % da esoni
• più del 50% da sequenze di dna non codificante che possono regolare l’espressione dei geni, avere funzione strutturale, …
• pseudogeni, sequenze inattive a causa di mutazioni passate.

Trascrizione e traduzione

La trascrizione avviene ad opera della RNA polimerasi e permette di ottenere un filamento di RNA complementare ad un filamento di DNA. L’RNA ottenuto può:

• essere mRNA e andare incontro a traduzione in proteine,
• avere funzione strutturale,
• avere funzione catalitica (ribozimi).

La traduzione avviene nei ribosomi, che leggono i codoni dell’ mRNA e interagiscono con i tRNA legati agli amminoacidi corrispondenti, inserendoli e formando la proteina. La giusta corrispondenza è stabilita dal codice genetico.

Il codice genetico è:

• un'associazione tra triplette di nucleotidi dell’mRNA (codone) e un amminoacido
• ridondante, perché sono 64 le combinazioni possibili e 20 gli amminoacidi, quindi alcuni aminoacidi sono codificati da più triplette
• non ambiguo, perché ad ogni tripletta corrisponde un solo amminoacido.

I codoni UAA, UGA e UAG sono i codoni di stop e determinano la fine della proteina.

Replicazione del DNA

È un processo effettuato prima di ogni divisione cellulare, in modo che ogni cellula figlia possieda lo stesso genoma della cellula madre. All’inizio del processo si forma la forca replicativa, grazie all’apertura della doppia elica ad opera di:

• elicasi (usano ATP),
• SSSBs (single-strand-binding proteins) che stabilizzano le parti di filamento singolo.

La DNA polimerasi:

• necessita di un primer (sequenza di RNA sintetizzata da una primasi) per iniziare la sintesi,

• replica solo in direzione 5'-3', quindi esiste un filamento veloce che viene duplicato in modo continuo, un filamento lento presenta numerosi primer e rispettivi frammenti di Okazaki (piccole sequenze di DNA). Successivamente le endonucleasi rimuovono i primer e altre polimerasi uniscono i segmenti riempiendo i buchi nel filamento lento. I segmenti vengono uniti da una DNA ligasi.

genera da ogni filamento stampo un filamento complementare, in modo che al termine si abbiano due doppie eliche, ciascuna composta da un filamento neoformato e uno parenterale (processo semiconservativo).