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Nucleotidi e acidi nucleici - Coggle Diagram
Nucleotidi e acidi nucleici
struttura generale degli acidi nucleici
un acido nucleico è una macromolecola formata da molecole di zucchero (legate ad una base eterociclica) legate tra loro da legami fosfato
per descriverlo completamente bisogna conoscere la sequenza di nucleotidi (unità costruttive) che lo compongono. idrolizzando un nucleotide si ottiene una mole di acido fosforico e una mole di nucleoside, formato dallo zucchero e dalla base eterociclica
le strutture del DNA
la struttura primaria del DNA
si alternano unità di zucchero e di fosfato. l'ossidrile in posizione 3 e quello in posizione 5 del ribosio successivo sono legati da un
legame fosfodiestereo
. le basi eterocicliche sono invece legate al carbonio anomerico da un
legame beta-N-glicosidico
.
bisogna notare che ogni fosfato una volta idrolizzato lascia una carica negativa sull'ossigeno ma se esso non venisse dissociato la sostanza sarebbe un acido, di qui il nome
acido nucleico
.
la struttura secondaria del DNA (la doppia elica)
Chargaff fu il primo che scoprì che le basi azotate sono presenti in rapporti uguali a coppie (A e T hanno sempre un rapporto pari a uno e lo stesso vale per C e G)
la sua scoperta fu approfondita da Watson e Crick che seppero poi proporre un modello che corrispondeva a queste caratteristiche, che era quello della doppia elica. le caratteristiche più importanti del loro modello sono:
il DNA è costituito da due catene polinucleotidiche a elica avvolte attorno ad un asse comune
le eliche sono destrorse e i due filamenti si sviluppano in direzioni opposte
le basi eterocicliche si trovano all'interno dell'elica su piani perpendicolari al suo asse mentre gli zuccheri e i gruppi fosfato sono sulla parte esterna
l'adenina è sempre accoppiata con la timina e la guanina con la citosina. sono legate da ponti a idrogeno (A e T da 2 legami a H e C e G da tre legami a H.
componenti dell'acido deossiribonucleico (DNA)
idrolizzandolo si ottengono, oltre all'acido fosforico, lo zucchero (il 2-deossi-D-ribosio) e 4 basi eterocicliche, che si dividono in
purine
citosina (C)
timina (T)
pirimidine
adenina (A)
guanina (G)
i nucleosidi
Le basi sono legate al C-1 dello zucchero (al carbonio anomerico). Le pirimidine si legano con l'N-1 e le purine con l'N-9
negli N-glicosidi l'OH del C anomerico è sostituito da -NR2
negli O-glicosidi l'OH del C anomerico è sostituito da -OR
A causa della presenza di numerosi gruppi polari i nucleosidi sono solubili in acqua e vengono idrolizzati facilmente dalle soluzioni acquose degli acidi o per via enzimatica, e formano la base eterociclica e lo zucchero
i nucleotidi
sono i mattoncini costituenti del DNA e sono formati da zucchero + acido fosforico + base eterociclica, quindi sono gli esteri fosfato dei nucleosidi. possono essere esterificati i gruppi -OH in posizione 5 e 3 del 2-deossi-D-ribosio
a causa della complessità i nomi vengono abbreviati, secondo uno schema. questi riferimenti sono per i nucleosidi esterificati in posizione 5
la lettera
d
minuscola si riferisce allo zucchero, al 2-deossi-D-ribosio
la lettera successiva fa riferimento alla base eterociclica (es.
A,C,G,T
)
Le lettere
MP
stanno a significare monofosfato
i gruppi fosforici dei nucleotidi sono acidi e a condizioni di pH neutre esistono in forma di dianioni. Se idrolizzati da una base acquosa o per via enzimatica si ottiene l'acido fosforico e il nucleoside
sequenziamento degli acidi nucleici
è una tecnica che si basa sulla demolizione del DNA in frammenti identificabili di piccole dimensioni
questo avviene grazie ad una serie di reazioni controllate (enzimatiche e chimiche). inizialmente si utilizzano
endonucleasi di restrizione
, che tagliano la catena dove si trovano sequenze note di quattro basi, per dividere la molecola in 100/150 unità di nucleotidi
questi frammenti vengono poi purificati e degradati in 4 condizioni di reazione ben precise e differenti per rompere la catena in corrispondenza di una base ben precisa
dopo aver ottenuto i 4 gruppi di nucleotidi diversi, viene effettuata l'elettroforesi su gel che li separa a seconda di quanti ce ne siano. questa serie di reazioni ci consente di decifrare l'intera sequenza di DNA.
sintesi di laboratorio degli acidi nucleici
inserendo oligonucleotidi di sintesi nel DNA di alcuni microrganismi essi funzionano da stampi nella sintesi biologica del DNA
i problemi di queste sintesi sono molti dal punto di vista chimico, data la complessità delle strutture da sintetizzare e di tutti i gruppi funzionali coinvolti. malgrado le complessità, in molti laboratori si sono messi a punto metodi di sintesi degli oligonucleotidi
il primo in grado di sintetizzare un gene in laboratorio fu Khorana combinando metodi chimici ed enzimatici
ad oggi si sono sviluppati metodi per sintetizzare automaticamente dei geni in laboratorio.
Un nucleotide protetto viene attaccato con un legame covalente ad un polimero, e vengono poi aggiunti uno dopo l'altro i nucleotidi protetti con l'aiuto di un reagente di accoppiamento. dopo aver rimosso la protezione ai vari gruppi l'oligonucleotide iene staccato dal supporto solido.
la replicazione del DNA
fu ipotizzato da Watson e Crick che si possa formare un nuovo filamento complementare sintetizzato a partire dai nucleotidi della cellula e che il vecchio filamento sia utilizzato come matrice per il nuovo
un enzima (DNA polimerasi) si occupa di attaccare i nucleotidi alla catena primaria mentre le DNA ligasi legano le catene di DNA. esistono siti specifici in cui la replicazione inizia e finisce
venne inventata poi la
reazione a catena della polimerasi
che consente di produrre molte copie di una specifica sequenza di DNA. i due filamenti sono separati per riscaldamento e dopo vengono inseriti dei "primer", che sarebbero oligonucleotidi complementari di innesco.
questi primer sono combinati con i singoli filamenti per marcare le estremità della sequenza. poi si impiega la TAQ polimerasi, per legare i nucleotidi appropriati per quella sequenza. con questo processo si possono ottenere milioni di copie di una specifica sequenza di DNA in meno di un giorno
gli acidi ribonucleici: RNA
differiscono per tre aspetti dal DNA
Lo zucchero è il D-ribosio, quindi non ha l'-OH in posizione 2
al posto della timina abbiamo l'uracile (U), che differisce dalla timina solo per l'assenza del metile in C-5
le molecole di RNA sono costituite da un unico filamento e non dalla doppia elica, eccetto delle zone in cui è dovuto al ripiegamento della catena su se stessa.
Per quanto riguarda la nomenclatura in questo caso la d viene omessa, perchè appunto lo zucchero non è il deossiribosio
le cellule ne contengono tre tipi principali
RNA transfer (tRNA)
trasporta sui ribosomi gli amminoacidi in forma attivata, pronti per la formazione dei legami peptidici, secondo la sequenza determinata dallo stampo dell’mRNA. Esiste almeno un tRNA per ognuno dei 20 amminoacidi
ogni tRNA ha una sequenza di tre basi all'estremità dell'-OH in 3, dove l'amminoacido si lega sotto forma di estere.
ogni tRNA presenta una tripletta di basi azotate (anticodone) che serve per il riconoscimento della tripletta di basi presente nell'mRNa.
RNA ribosomiale (rRNA)
è il principale componente dei ribosomi
è stato scoperto che questo particolare tipo di RNA può fungere anche da enzima, più precisamente da biocatalizzatore. la scoperta di questi
ribozomi
ha fatto nascere molti quesiti sull'origine della vita
con la scoperta di questi biocatalizzatori si ritiene che quando tutto è iniziato il primo componente ad esistere è stato l'RNA
RNA messaggero (mRNA)
si occupa della
trascrizione
del codice genetico e funge da stampo nella sintesi proteica. esso è specifico per ogni proteina sintetizzata dalla cellula.
è indispensabile per la trascrizione l'enzima RNA polimerasi. viene trascritto solo un filamento di DNA che contiene la sequenza delle basi (siti promotori) che danno inizio alla trascrizione, contenente anche precise sequenze di terminazione
il codice genetico e la biosintesi delle proteine
il codice genetico è la relazione presente tra la sequenza delle basi del DNA e la sequenza degli amminoacidi in una proteina
una sequenza di tre basi (codone) corrisponde ad un solo amminoacido
i codoni possibili sono 64 mentre gli amminoacidi comuni nelle proteine sono 20, per questo il codice si dice
degenere
, ovvero che
codoni diversi possono codificare uno stesso amminoacido
dei 64 codoni 3 di essi sono segnali di stop (UAA.UAG, UGA), ovvero ci indicano che la sintesi di quella proteina è terminata
AUG indica l'avvio del processo per l'amminoacido metionina, solo se ricompare nella catena
