LA RELAZIONE TRA DNA E PROTEINE
Beadle e Tatum, grazie agli esperimenti su Neurospora crassa, proposero l'ipotesi "un gene, un enzima", ma successivamente questa fu modificata in "un gene, un polipeptide".
Inizialmente, identificarono che i geni codificano per specifici enzimi, ma poi ampliarono questa idea comprendendo che i geni possono codificare per polipeptidi più complessi.
Successivamente il dogma centrale della biologia afferma che l’informazione genetica passa dal DNA, all’RNA e alle proteine tramite molecole adattatrici: i tRNA.
L’RNA è un polinucleotide simile al DNA, con tre differenze:
è a unico filamento;
contiene lo zucchero ribosio;
ha l’uracile al posto della timina.
Esistono diverse classi di RNA:
RNA messaggero (mRNA);
RNA transfer (tRNA);
RNA ribosomiale (rRNA).
Alcuni virus possiedono RNA anziché DNA come materiale genetico. Mentre molti virus duplicano il loro RNA tramite trascrizione da RNA a RNA, virus come l'HIV utilizzano un'enzima chiamato trascrittasi inversa per convertire il loro RNA in DNA una volta infettata la cellula ospite.
Questo DNA virale può quindi essere utilizzato per produrre ulteriore RNA virale e per integrarsi nel genoma della cellula ospite. Questo processo è chiamato trascrizione inversa ed è caratteristico dei retrovirus.
Nonostante questa eccezione al dogma di Crick, che afferma che l'informazione genetica non può fluire dalle proteine agli acidi nucleici, il fenotipo non trasmette informazioni al genotipo, mantenendo la sua validità.
Quando parliamo di DNA, dobbiamo considerare anche la TRASCRIZIONE
La trascrizione è il processo attraverso il quale si forma una molecola di RNA a partire da uno stampo di DNA.
Avviene in tre tappe:
inizio;
allungamento;
terminazione.
L’inizio richiede un promotore (primer), a cui si lega la RNA polimerasi. La traduzione inizia con la formazione del complesso di inizio costituito da un tRNA carico e da un ribosoma, legati all’mRNA.
Negli eucarioti, l’RNA polimerasi si lega al promotore solo con l’intervento di varie proteine regolatrici, dette fattori di trascrizione.
Particolari sequenze di basi stabiliscono la terminazione.
Il primo prodotto della trascrizione è detto trascritto primario.
La traduzione del messaggio in proteine richiede un codice genetico, ovvero una chiave di lettura universale per tutti gli organismi.
La traduzione richiede le molecole di tRNA per leggere i codoni sull’mRNA, associare a ciascuno l’amminoacido corrispondente e interagire con i ribosomi.
Il caricamento dei tRNA avviene grazie agli enzimi amminoacil-tRNA-sintetasi, che legano l’amminoacido al tRNA.
I ribosomi sono complessi che consentono la sintesi proteica. Sono costituiti da due subunità separate che si uniscono durante la traduzione.
Durante la fase di allungamento un nuovo tRNA carico entra nel sito A della subunità maggiore, che promuove la formazione del legame peptidico.
La fase di terminazione della traduzione avviene quando nell’mRNA compare un codone di stop: il ciclo di allungamento si blocca e il polipeptide si stacca dal ribosoma.
Nella sequenza amminoacidica di ogni proteina è indicata sia la sua conformazione strutturale sia la destinazione finale all’interno della cellula.
Le proteine possono subire una serie di modifiche post-traduzionali.
Negli organismi pluricellulari si riconoscono due tipi di mutazioni:
le mutazioni somatiche e le mutazioni della linea germinale.
Una mutazione può causare la perdita di funzione di una proteina o l'acquisto di funzione diversa.
Esistono tre categorie di mutazioni.
Le mutazioni puntiformi coinvolgono una singola coppia di basi.
Le mutazioni cromosomiche sono alterazioni di un segmento di DNA.
Le mutazioni del cariotipo riguardano il numero di cromosomi
Le mutazioni puntiformi possono essere:
silenti se non cambiano la sequenza amminoacidica;
di senso;
di non senso;
per scorrimento della finestra di lettura.
Nelle mutazioni cromosomiche interi cromosomi possono rompersi e poi riunirsi in modo errato. Esistono mutazioni per delezione, duplicazione, inversione e traslocazione cromosomica.
Le mutazioni del cariotipo sono caratterizzate da un numero anomalo di cromosomi e causano patologie gravi come la sindrome di Down.
Le mutazioni possono essere
spontanee, se i cambiamenti nel DNA non provengono da cause esterne;
indotte, se sono provocate da un fattore esterno, definito agente mutageno.