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La struttura del DNA, NOTA BENE: LO SCHEMA DELLA PARTE DELLA STRUTTURA…

- - - - Puriniche: quelle a 2 anelli. Si legano al C1 dello zucchero tramite legame glicosidico con l'N9
        
        ADENINA
        
        Presenta nella sua struttura
        
        un gruppo amminico
        DONATORE di H
        
        un N nell'anello con un doppietto,
        gruppo ACCETTORE di H,
        che gli permettono di instaurare
        2 legami a idrogeno.
        
        GUANINA
        
        Presenta nella sua struttura
        
        un gruppo amminico
        DONATORE di H
        
        un N-H nell'anello
        gruppo DONATORE di H,
        
        un gruppo chetonico C=O
        ACCETTORE di H,
        che gli permettono di instaurare
        3 legami a idrogeno.
      - Pirimidiniche: quelle a un anello. Si legano al C1 dello zucchero tramite legame glicosidico con l'N1
        
        TIMINA
        
        Presenta nella sua struttura
        
        un gruppo chetonico C=O
        gruppo ACCETTORE di H,
        
        un N-H nell'anello
        gruppo DONATORE di H,
        che gli permettono di instaurare 2 legami a idrogeno.
        
        CITOSINA
        
        Presenta nella sua struttura
        
        un gruppo chetonico C=O
        ACCETTORE di H,
        
        un N nell'anello con un doppietto,
        ACCETTORE di H,
        
        un gruppo amminico
        DONATORE di H
        che gli permettono di instaurare 3 legami a idrogeno.
        
        La perfetta complementarietà dei gruppi funzionali di CITOSINA e GUANINA fa si che queste si leghino tra loro
        
        La perfetta complementarietà dei gruppi funzionali di TIMINA e ADENINA fa si che queste si leghino tra loro
        
        Queste due coppie descritte sono definite COPPIE WATSON e GRIGG
        
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    - - Queste forme alternative delle basi azotate sono forme minoritarie ma bisogna tenerle in considerazione dal momento che la presenza eventuale di queste forme, impedisce l'instaurarsi dei legami a H tra le basi azotate proprio perché vanno a cambiare le caratteristiche dei gruppi chimici
  - - - Per convezione LA SEQUENZA DI BASI SI LEGGE SEMPRE IN DIREZIONE 5' -> 3': ovvero dall'estremità che finisce col fosfato a quella che finisce con lo zucchero
      - A sua volta però il DNA è costituito da un doppio filamento che scorrono l'uno sull'altro in modo ANTIPARALLELO: ovvero uno scorre in direzione 5'->3' e l'altro in direzione 3'->5'
        
        Questi due filamenti legati si organizzano a formare una doppia elica che rappresenta la STRUTTURA SECONDARIA del DNA
        
        Questa struttura è stabilizzata da alcune forze: tra cui
        
        Le interazioni idrofobiche che derivano dall'impilamento e impaccamento delle basi azotate le une sulle altre dato che in sè sono degli anelli idrofobici, a struttura planare
        
        I legami a H che si instaurano tra le coppie di basi che tengono uniti i filamenti
        
        I due filamenti della doppia elica sono tenuti assieme dall'appaiamento delle basi con un orientazione antiparallela ed hanno sequenze complementari
        
        Vi sono anche delle forze che destabilizzano la struttura ad elica e tra queste c'è la forza di repulsione elettrostatica che si instaura tra i fosfati dei due filamenti che tendono a respingersi e quindi a separare i due filamenti
        
        Questa doppia elica può trovarsi in 3 conformazioni scoperte grazie alla cristallografia a raggi X
        
        Forma A: tipica di quando il DNA è più concentrato. Vi sono circa 11pb per GIRO D'ELICA. Come elica è DESTRORSA
        
        Forma B: tipica di quando il DNA è meno concentrato. Vi sono circa 10pb (paia di basi) per GIRO D'ELICA (parte di elica che si trova tra un punto dell'elice e lo stesso punto traslato sul giro più prossimo. Come elica è DESTRORSA
        
        Fisiologicamente il DNA si trova in forma B ma con 10.5 paia di basi per giro d'elica.
        
        Forma Z: è una forma particolare di elica dalla strutta abbastanza diversa dalle altre 2 che si forma solo in sequenze alternate di purine e pirimidine che è SINISTROSA
        
        Questa struttura particolare è dovuta al fatto che il legame glicosidico è un legame singolo che quinid permette la creazione di una conformazione in sin in cui la base azotata si trovo sulla stessa asse dello zucchero e una conformazione in anti in cui si trovano su assi diverse.
        
        Nella forma Z le basi pirimidiniche si trovano in anti mentre le basi puriniche si trovano in sin, creando questa struttura a zig-zag, a Z, per l'appunto.
        
        La struttura stessa dell'andamento del doppio filamento fa si che nell'elica si vengano a creare 2 solchi: un SOLCO MAGGIORE dato dall'angolo del legame glicosidico di 240° ed un SOLCO MINORE dato dall'angolo di legame glicosidico di 120°
        
        Questi due solchi rappresentano delle specie di "finestre" con cui molecole esterne sono in grado di riconoscere delle sequenze all'interno del DNA
        
        Questo è possibile dal momento che specifici appaiamenti di basi instaurano lateralmente all'elica precise sequenze di legami ad idrogeno che possono essere riconosciute dalle proteine.
        Ad esempio l'appaiamento T-A nel solco maggiore espone una serie di gruppi funzionali che si comportano come: non instaura, accettore, donatore, accettore e nessun'altro accoppiamento presenta questa sequenza
        
        Solco maggiore e minore tuttavia non sono interscambiabili dal momento che nel solco minore sono esposti 3 gruppi funzionali e non 4 come nel maggiore fa si che IL SOLCO MAGGIORE SIA PIU INFORMATIVO DI QUELLO MINORE
        
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        Gli enzimi di restrizione utilizzano questo tipo di meccanismo per riconoscere specifiche sequenze di DNA e tagliare in questi punti
        
        Nonostante ciò la struttura ad elica comunque presenta una certa flessibilità come è dimostrato dal fenomeno del BASE FLIPPING: ovvero quel fenomeno per cui una base azotata può essere ruotata all'esterno dell'elica
        
        Questo fenomeno è dovuto dal fatto che i legami che si instaurano tra lo zucchero e il fosfato solo LEGAMI SINGOLI che quindi lasciano una certa libertà conformazionale e rotazionale
        
        Questo è il meccanismo che viene utilizzato dagli enzimi che riparano il DNA, quelli che metilano le basi o quelli coinvolti nella ricombinazione omologa che "scandagliano" le basi ruotandole l'una alla volta per controllare se vi sono basi sbagliate
        
        La struttura della doppia elica in realtà può anche a sua volta avvolgersi su se stessa in una STRUTTURA TERZIARIA caratterizzata da diversi superavvolgimenti che creano di uno stesso filamento diversi TOPOISOMERI
        
        Questo non può avvenire all'interno delle molecole di DNA lineare dal momento che la tensione generata dal superavvolgimento potrebbe scaricarsi ruotando alle estremità.
        
        Può avvenire quindi o in caso di
        
        cccDNA ovvero DNA circolare covalentemente chiuso come in quello dei procarioti o dei plasmidi
        
        oppure nel caso in cui le estremità dei cromosomi lineari siano in qualche modo vincolati come avviene negli eucarioti tramite delle proteine
        
        In queste strutture cromosomiche vincolate l'eliminazione di uno o due giri d'elica (eliminazione dell'avvitamento non dei nucleotidi) fa si che i restanti nucleotidi si organizzino con giri d'elica più laschi con una struttura che quindi si allontana dalla situazione di stabilità della forma B, generando una tensione interna.
        
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        Regolato da degli enzimi (topoisomerasi) per diminuire l'entità dell'avvolgimento, intesa come energia accumulata dallo stato di tensione.
        
        Tuttavia i superavvolgimenti sono fondamentali per 2 motivi sostanziali:
        
        per compattare il materiale genetico
        
        perchè la tensione generata dell'apertura dei due filamenti sia scaricata si creano die superavvolgimenti in altre porzioni di DNA
        
        Le TOPOISOMERASI sono enzimi in grado di rilassare il DNA superavvolto
        
        TOPOISOMERASI I: diminuisce il linking number di UNA unità provocando un taglio (nick) in uno dei due filamenti e passando quindi uno dei due filamenti sotto l'altro in sostanza eliminando un twist.
        Non necessità di energia
        
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        TOPOISOMERASI II: diminuisce il linking number di DUE unità provocando un taglio (nick) IN ENTRAMBI i filamenti della doppia elica passando una doppia elica sopra di un'altra sostanzialmente andando a eliminare sostanzialmente a cambiare il verso di un write, eliminandone due perchè tra loro si annullano. Necessità di ATP
        
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        DNA girasi: solonei procariotici che introduce superavvolgimenti negativi cosa opposta a ciò che fanno le topoisomerasi.
        
        Queste molecole, prevalentemente la topoisomerasi II, sono fondamentali anche dal momento che permettono di sbloccare situazioni "geometriche" all'interno della cellula che altrimenti sarebbero bloccate, permettendo sostanzialmente di decatenare molecola di DNA:
        
        Decatenare il DNA a fine replicazione che si tratti procarioti o eucarioti
        
        Decatenare eventuali nodi derivanti dalla ricombinazione sito-specifica
        
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        L'entità dell'avvolgimento è misurata attraverso delle specifiche grandezze
        
        LINKING NUMBER: numero di passaggi di un filamento nel piano dell'altro filamento (sostanzialmente tutti gli intrecci). Questa è una proprietà topologica del DNA che non varia nelle strutture vincolate a meno di taglio del DNA
        
        Si può valutare anche il solo grado di superavvolgimento di una struttura andando a valutare quanto il suo linking number vari rispetto alla struttura rilassata.
        
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        Il linking number in sè può essere valutato come una somma di due fattori:
        LK=TW +WR
        
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        Queste sovrapposizioni sono di due tipi o forme
        
        Plactonemico: (semplicemente avvitato su se stesso). Proprio dei procarioti
        
        Toroide o spirale: avvolgimento del DNA a formare una spirale intorno ad un supporto, spesso proteico
        
        Questo è il tipo di avvolgimento degli eucarioti in cui due giri di DNA si organizzano intorno ad un otttamero istonico (proteico), a formare la struttura del NUCLEOSOMA.
        Nella cellula i superavvolgimenti sono NEGATIVI
        
        Per distinguere diversi topoisomeri di una stessa sequenza si può effettuare un'elettroforesi su gel, dal momento che, a parità di massa i topoisomeri più superavvolti (quelli con il numero di write più alto) migrano più velocemente poichè più compatti.
        
        Per colorare il DNA si utilizza l' ETIDIO BROMURO: una molecola costituita da molti anelli aromatici, quindi planare ed idrofobica che si intercala in alcuni punti della doppia elica tra le diverse coppie di basi. Quando è intercalato questo aumenta molto la sua fluorescenza marcando il DNA.
        
        Questo provoca un parziale srotolamento della doppia elica: diminuisce il twist e dal momento che il linking number non varia aumenta il whrite
        
        Questo provoca in sostanza la formazione di un DNA più rilassato
        
        In generale le molecole che si intercalano al DNA si vedrà in seguito che sono dei MUTAGENI in quanto vanno a variare la distanza tra le diverse paia di basi, andando in alcuni casi a comportare errori da parte della DNA polimerasi nel cambiare le basi complementari.