Acidi nucleici - 3

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Acidi nucleici - 3
presentazione del prof. Ciro Formica
Struttura dei nucleotidi Le basi azotate Il
criterio di complementarietà delle basi azotate
L'antiparallelismo delle due catene
polinucleotidiche di una molecola di DNA. Il
modello a doppia elica di Watson e Crick
correlare la sua struttura con le sue funzioni.
Le caratteristiche degli Acidi nucleici.
Lorganizzazione del DNA nella cellula eucariote.
Gli istoni
Immagini e testi tratti dai website di
genome.wellcome.ac.uk, dnaftb.org, unipv.it,
unimi.it, wikipedia.it, unibs.it, unina.it,
uniroma2.it, nih.gov, zanichelli.it,
sciencemag.org
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I legami chimici nella doppia elica del DNA

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Basi azotate purine e pirimidine
PURINE 2 anelli eterociclici
Numerazione della base azotata nelle purine (2
anelli) in senso antiorario da 1 a 9
PIRIMIDINE 1 anello eterociclico

• Numerazione della base azotata nelle pirimidine
  in senso antiorario da 1 a 6 nel singolo anello

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Purine ADENINA, GUANINA
ADENINA In posizione 6 NH2
GUANINA In posizione 2 NH2 In posizione 6 CO
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Pirimidine CITOSINA, TIMINA, URACILE
TIMINA In posizione 1 CH3 In posizione 4 e 6 CO
CITOSINA In posizione 6 NH2 In posizione 4 CO
URACILE In posizione 4 e 6 CO
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I NUCLEOSIDI
Composti organici formati da una base purinica o
pirimidinica e un pentoso (ribosio o
desossiribosio), uniti con legame N-glicosidico.
I nucleosidi vengono prodotti per idrolisi
parziale dei nucleotidi. I principali nucleosidi
sono l'adenosina, la guanosina, la citidina,
l'uridina, la timidina e l'inosina.

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Esempio di nucleoside
ADENOSINA ADENINA GUANOSINA GUANINA CITIDINA
CITOSINA TIMIDINA TIMINA Quando al posto del
RIBOSIO cè il DEOSSIRIBOSIO, il nome è preceduto
da deossi DEOSSIADENOSINA DEOSSIGUANOSINA DEOSSI
CITIDINA DEOSSITIMIDINA
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I NUCLEOTIDI
Esteri fosforici di un nucleoside formati dalla
funzione alcolica OH di un pentoso (ribosio o
deossiribosio) esterificata con una o più
molecole di acido fosforico legame
N-glicosidico con una base azotata (purina o
pirimidina). Il termine estere viene in genere
usato per indicare gli esteri?alcolacidi
organici, ma si estende anche agli esteri?alcol
acidi inorganici

Esempi Prodotto finale
Acido Base forte ? Sale CH3-COOH NaOH? CH3-COO-Na Acetato di sodio
Acido organico alcol ? Estere organico CH3-COOH CH3CH2-OH? CH3-COO-CH2CH3 Acetato di etile
Acido inorganico alcol ? Estere inorganico Acido fosforico etanolo Fostato di etile
Viene eliminata una molecola di H2O come nelle
condensazioni
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• Zuccheri ribosio e deossiribosio

Numerazione degli zuccheri in senso orario da 1
a 5, I primi 4 carboni sullanello, il 5 fuori
dallanello. Nel DEOSSIRIBOSIO manca un atomo di
OSSIGENO in posizione 2
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Gruppi fosfato
Formula molecolare 1 H3PO4 Formula di
struttura O- I HO-PO I
OH Monofosfato
Formula molecolare 3 H3PO4 Formula di
struttura O- O- O- I I
I HO-P-O-P-O-PO I I I OH OH
OH trifosfato
Formula molecolare 2 H3PO4 Formula di
struttura O- O- I I HO-P-O-PO I
I OH OH difosfato
Ciascun gruppo fosfato acquista una carica
negativa quando cede un idrogeno altri atomi di
idrogeno vengono eliminati a causa dei legami
dellossigeno.
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Lesempio più noto di nucleotide lATP
(adenosintrifosfato)
Il legame tra il ribosio C5 e il fosfato è un
processo di ESTERIFICAZIONE, che avviene tra un
gruppo acido (fosfato) e un ossidrile (del
ribosio), con eliminazione di una molecola di
H2O. Il legame tra ribosio C1 e base azotata
avviene con lazoto N9.
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La molecola dellATP in 3D

• Limmagine riproduce la struttura tridimensionale
  dellATP ricavata dai dati contenuti in Protein
  Data Bank del NCBI. Sono rispettati i raggi di
  Van der Waals
• Legenda carbonio grigio, azoto blu, fosforo
  giallo, ossigeno rosso per concessione di
  Sung Choe

Tratto da Darnell, Lodish et al. Molecular cell
biology - W.H.Freeman and Co cap 2- fig NN
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Altre basi azotate caffeina, acido urico, acido
orotico
CAFFEINA In posizione 2 e 6 CO
ACIDO URICO In posizione 2, 6 e 8 CO
Inoltre INOSINA e PSEUDOURIDINA basi anomale del
tRNA
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Caratteristiche della doppia elica
Le bp (basi appaiate) si trovano su piani
perpendicolari allasse della DE, che è
stabilizzata anche dalle interazioni idrofobiche
tra le basi azotate
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doppia elica e basi complementari
I due filamenti sono antiparalleli perché
decorrono entrambi in direzione 5?3
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Appaiamento delle basi del DNA
Youtube Corso citologia-DNA e cromosomi http//w
ww.youtube.com/watch?vel81jTUdl7s
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Riassumiamo i dati sul DNA
A G C T A/T G/C AG/CT GC
Uomo 31,0 19,1 18,4 31,5 0,98 1,04 1,00 37,5
Topo 28,6 21,4 21,7 28,4 1,01 0,99 1,00 43,1
Drosophila 27,3 22,5 22,5 27,6 0,99 1,00 0,99 45,0
Mais 25,6 24,5 24,6 25,3 1,01 1,00 1,00 49,9
E. coli 26,0 24,9 25,2 23,9 1,09 0,99 1,04 50,1

Percentuale di basi azotate nei DNA di varie
specie
Dati di Franklin Dati di Chargaff Dati di Pauling
Distanza tra 2 eliche 2 nm
In caso di legame purina-purina gt 2 nm i filamenti formano una spirale , come per le proteine
In caso di legame pirimidina-pirimidina lt 2 nm
appaiamento A-T (31) G-C (19)
Negli acidi nucleici solo radioattività da 32P
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Riassunto animato del DNA
http//www.dnaftb.org/19/animation.html

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Le 3 forme di DNA eucariote
Parametro DNA A DNA B DNA Z
Bp/giro 11 10 12
Diametro (nm) 2.6 1.9 1.8
Orientamento elica Destrorso Destrorso Sinistrorso
Distanza tra le coppie di basi (nm) 2,6 3,32 3.7
Inclinazione basi rispetto all'asse della doppia elica 20 6 7
Coppie di basi per giro 11 10,5 12

bp base pairs (coppie di basi) nm nanometri
10-9 m
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Notare landamento sinistrorso della forma Z, di
minore diametro, rispetto a quello destrorso di A
e B. La forma B è la più comune tra gli eucarioti
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Comè organizzato il DNA nella cellula eucariote
il nucleosoma e gli istoni

• Oltre l80 di DNA nelle cellule eucariotiche è
  organizzato sotto forma di nucleosomi ripetuti
  ognuno dei quali consiste di 200 bp di DNA
  associate ad un ottametro definito core
  istonico (H2A, H2B, H3, H4) ed un istone linker
  H1.
• Lottamero è organizzato in
• tetramero H32-H42 posto al centro del NUCLEOSOMA
• 2 eterodimeri H2A, H2B attorno al tetramero.
• Gli istoni hanno p.m. 11-16 kD, H3 e H4 sono
  molto conservati dallevoluzione.
• Il DNA è organizzato intorno agli istoni con
  superelica sinistrorsa, 1,65 giri e 10-11 bp.

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Nucleosoma e istoni
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• A livello molecolare le interazioni del DNA con
  le proteine istoniche sono dovute a vari tipi di
  legami
• - legami idrogeno che si instaurano tra gruppi
  fosfato del DNA e i residui amminici degli
  istoni,
• - interazioni elettrostatiche con la catena
  basica laterale.
• Linker H1-caratteristiche
• Si trova negli eucarioti superiori
• stabilizza strutture cromatiniche superiori
  mediante neutralizzazione delle cariche
  elettrostatiche del DNA di unione, attraverso il
  suo dominio C-terminale molto ricco di residui
  amminoacidici carichi positivamente.

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Dalla doppia elica al cromosoma
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Dalla doppia elica al cromosoma
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RNA e trascrizione
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RNA e trascrizione
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(No Transcript)
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Il nuovo mondo degli RNA

• RNA non è solo
• mRNA veicola le informazioni dal DNA ai
  ribosomi per la biosintesi proteica
• tRNA trasporta gli amminoacidi ai ribosomi
• rRNA componente strutturale e funzionale
  basilare del ribosoma
• ma anche
• Spliceosomal RNAs parte del macchinario che
  stacca lRNA non-codificante (introni)
• Small nucleolar RNAs (snoRNAs) modifica lrRNA
  del nucleolo.
• MicroRNAs (miRNAs) brevi (21 nucleotidi) RNA
  che inibiscono la traduzione dei mRNA sono
  oltre 250 e regolano più di 10.000 geni
• Small interfering RNAs (siRNAs) simili ai
  precedenti ma innescano la distruzione dei mRNAs.
• Inoltre esistono degli mRNA non codificanti
• da pseudogeni, 20.000 geni non più funzionanti
  che accumulano mutazioni
• antisenso, 9 prodotti durante la trascrizione
  in senso opposto a quello normale
• RNA implicati nellinattivazione genica di uno
  dei 2 cromosomi sessuali della femmina XX