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martedì 14 maggio 2013

I FATTORI DI TRASCRIZIONE DIRIGONO LO SVILUPPO DELL' ORGANISMO

Gli organismi pluricellulari, come piante o animali, durante il corso della loro esistenza subiscono importanti cambiamenti sia a livello genetico che strutturale, che porterà alla fine alla formazione di un' individuo adulto. Lo studio di questi cambiamenti si chiama genetica dello sviluppo.
Partiamo dal presupposto che ogni individuo pluricellulare si sviluppa a partire da una prima cellula chiamata zigote. Grazie alla mitosi e alla citodieresi le cellule aumentano in quantità e ogni cellula assume (nella maggior parte dei casi in maniera permanente) una determinata morfologia, ossia diventa una cellula specializzata in un determinato compito. Le fasi dello sviluppo animale sono regolate da specifici fattori regolanti che "accendono" o "spengono" i geni. Questo processo viene chiamato regolazione genetica differenziale.

LA TRASCRIZIONE DEL D.N.A. EUCARIOTE DIPENDE DA DIFFERENTI FATTORI COMBINATI TRA DI LORO

La regolazione della trascrizione del D.N.A. negli eucarioti presenta diverse similitudini, ma anche qualche differenza, rispetto a quella che avviene negli procarioti. Per esempio al processo di trascrizione vediamo la partecipazione sia degli attivatori sia le molecole effettrici, gli enzimi.
La regolazione delle cellule eucariote è però più complessa rispetto a quella delle cellule procariote. Questa maggiore complessità è dovuta al fatto che nelle cellule eucariote ogni gene strutturale, dato che possiede un proprio "centro di comando" viene trascritto separatamente; per questo motivo abbiamo l' assenza di operoni e la presenza di complicate strutture corredate da organuli che richiedono un maggior dispendio di proteine per l' esistenza di diversi tipi di cellule.
La trascrizione nelle cellule degli organismi pluricellulari è controllata d alcuni fattori:

- Gli attivatori e i repressori che stimolano o inibiscono l' attività dell' R.N.A. polimerasi.
- La presenza di particolari attivatori che possono alterare la struttura della cromatina.
- La capacità di aggiungere un gruppo metile al D.N.A. per inibire la trascrizione.
- La possibilità di dividere in gruppi separati l' azione delle proteine.

domenica 5 maggio 2013

LA REGOLAZIONE GENETICA

Per regolazione genetica intendiamo quella capacità delle cellule di controllare l' espressione dei propri geni in modo da regolare il processo mediante cui l' informazione passa dalla forma di acido nucleico/ribonucleico alla forma di proteina.
In controllo di tale espressione avviene mediante l' accensione o lo spegnimento di determinati geni, a seconda dei casi. Il primo problema che porta all' attuazione di tale espediente è un problema inerente alla quantità di energia consumata, maggiore quanto maggiore è la quantità di geni in funzione.
In sostanza: + geni attivi --> -energia disponibile quindi sono attivi sono i geni necessari.

LE MUTAZIONI GENETICHE

Durante la sintetizzazione delle proteine, a causa di un errore anche relativamente piccolo, come l' alterazione dell' ordine delle basi azotate del gene codificante può portare ad una mutazione che può essere di diversi tipi:

-Una mutazione di senso ovvero una mutazione che determina l' inserimento di un amminoacido diverso da quello normalmente presente nella proteina.

-Una mutazione di non senso ovvero una mutazione in cui la sostituzione di un nucleotide porta alla formazione del codone di stop.

-Una mutazione silente accade quando al cambiamento di un nucleotide non corrisponde il cambiamento dell' amminoacido, e quindi non si hanno conseguenze.

Le mutazione sono spontanee quando sono causate da errori, (spesso corretti dal proofreading) come l'inserimento di una base azotata errata da parte della dna polimerasi; altre mutazioni spontanee sono causate dall' azione di sostanze tossiche che provengono dai processi metabolici della cellula.
Altre mutazioni, le mutazioni indotte, sono causate da agenti esterni, detti agenti mutageni. Tra di questi vi sono i raggi X, quelli ultriavioletti, alcune sostanze chimiche, e i materiali radioattivi.

sabato 4 maggio 2013

LO SPLICING

Uno degli eventi più importanti che avvengono prima che la molecola di pre-RNA esca dal nucleo della cellula è lo splicing. Un meccanismo con cui gli introni e gli esoni vengono separati; durante la separazione, avvenuta per mezzo del complesso enzimatico chiamato spliceosoma, si assiste all' eliminazione degli introni, ovvero della sequenze non codificanti all'interno di un determinato gene.Nelle cellule eucariote, a volte abbiamo un differente tipo di splicing, chiamato splicing alternativo. Esso consiste nel ricongiungimento degli esoni in ordine diverso rispetto a quando si trovavano legati con gli introni. Questo espediente serve a rendere possibile la sintetizzazione di diverse proteine partendo da un' unico gene.

domenica 21 aprile 2013

NON TUTTE LE SEQUENZE GENICHE VENGONO TRADOTTE IN PROTEINE

Durante lo studio del D.N.A. Si sono verificate diverse scoperte, alcune più sorprendenti di altre. Una di queste scoperte sorprendenti riguarda il fatto che le sequenze dei geni codificanti per le proteine sono interrotte da sequenze di nucleotidi che non vengono tradotte.
Abbiamo quindi una divisione tra le sequenze codificanti (gli esoni) e quelle non codificanti ( gli introni). Ogni gene può avere un vario numero di introni. Si passa dai 50 introni (presenti per esempio nel collagene) ai 7 introni ( presenti per esempio nell' ovoalbumina).
Grazie  a diversi esperimenti si e' arrivati a dedurre che i batteri e gli altri microorganismi che hanno un alto tasso di riproduzione avrebbero eliminato man mano tutto il D.N.A. considerato obsoleto.

sabato 20 aprile 2013

LA SINTESI DELL'RNA: LA TRASCRIZIONE

Le molecole di mRNA (o R.N.A. messaggero) sono assemblate con lo stesso criterio che riguarda le basi azotate durante la duplicazione del D.N.A.. Esattamente come per quanto riguarda il D.N.A., l' R.N.A. possiede un' estremità 5' e una 3'. 
I nucleotidi, presenti nella cellula come nucleotidi trifosfati (o NTP) si aggiungono uno alla volta alla catena di R.N.A. mentre si sta formando; essi perdono, al momento dell' aggiunta 2 gruppi fosfato. Questo procedimento è chiamato trascrizione; ha lo scopo di trascrivere il messaggio contenuto il un segmento di D.N.A. in una molecola complementare di R.N.A., chiamata per questo motivo, trascritto.

Ma vediamo cosa accade più nel dettaglio:

Nella prima fase abbiamo l' intervento di una proteina, la RNA polimerasi, che riconosce una sequenza nucleotidica del promotore e vi si attacca; questa fase si completa nel momento in cui i filamenti del D.N.A vicini al promotore vengono separati e formano un complesso aperto lungo una dozzina di basi azotate. 
La seconda fase, o fase di allungamento, vede la sintesi di trascritto di R.N.A. da parte della RNA polimerasi. Il filamento trascritto si chiama filamento stampo.
la sequenza di basi del filamento di R.N.A. è complementare, non uguale, al filamento stampo da cui viene trascritta; la sua sequenza è invece identica tranne per la timina sostituita dall' uracile. L' ultima fase di questo processo è quella di terminazione, durante la quale l' RNA polimerasi incontra, scorrendo il D.N.A., una sequenza d' arresto costituita da nucleotidi che bloccano il processo.

sabato 30 marzo 2013

L' RNA HA UNA STRUTTURA MOLECOLARE SIMILE A QUELLA DEL DNA

Cercando di trovare una soluzione al modo in cui la disposizione di basi azotate nel D.N.A. potesse determinare la sequenza di amminoacidi presenti in una proteina, si scoprì il ruolo dell' R.N.A., ovvero l' acido ribonucleico. Questa sostanza è chimicamente simile al D.N.A., e presenta, rispetto ad esso tre principali differenze:

1) Nei nucleotidi dell' R.N.A. Lo zucchero è il ribosio e non il deossiribosio.

2) L' R.N.A. contiene al posto della timida una piramidi a simile, chiamata uracile, appaiabile unicamente con la timina.

3) La maggior parte dell' R.N.A. è composto da un singolo filamento.




LA PRODUZIONE DI PROTEINE NEL CITOPLASMA DIPENDA DAL D.N.A.


Durante la prima metà del secolo scorso furono condotti numerosi studi sul materiale genetico presente nelle cellule, portando a scoperte come la determinazione della struttura della molecola di D.N.A.. Tuttavia erano presenti ancora domande prive di risposta, una di queste era: come sono codificate le istruzioni della molecola di D.N.A.?

 Un importante contributo alla risoluzione di tale quesito ci fu dato da due statunitensi, George W. Beadle e Edward L. Tatum; essi, effettuando degli esperimenti con la muffa del pane (la Neurospora),
riuscirono a dimostrare la relazione tra perdita di funzionalità degli enzimi e mutazioni degli stessi. Questa scoperta gli valse il premio nobel per la medicina nel 1958.

A seguito di questa e ad altre variazioni del concetto originale, si giunse alla distinzione dei geni in due categorie: 

I geni strutturali ovvero i geni capaci di codificare l'informazione genetica per mezzo della sintesi tra molecole di R.N.A..

I geni regolatori cioé quelli responsabili del controllo del processo di sintesi.



giovedì 28 marzo 2013

L' UNITA' FONDAMENTALE DEL CROMOSOMA EUCARIOTE E' IL NUCLEOSOMA

Nella cromatina, le proteine più abbondanti appartengono ad una classe di piccoli polipeptidi chiamati istoni. Gli istoni, che sono basici, possedenti carica positiva e sono quindi attratti dal D.N.A., che è acido. Essi sono, inoltre, la principale causa dell' avvolgimento e del ripiegamento del D.N.A..
Ci sono cinque diversi tipi di istoni (H1,H2A,H2B,,H3 e H4), presenti in enormi quantità, infatti in ogni cellula ve ne sono circa 30-60 milioni per ogni tipo. La cromatina viene compattata in unità fondamentali, dette nucleosomi.



Ogni nucleosoma è formato da una parte centrale costituita da otto molecole di istoni, due per tipo; intorno ad essa si avvolge due volte il filamento di D.N.A.. L' ultimo tipo di istone si trova nella parte esterna a quella centrale del cromosoma.    




Ogni cromosoma presente nel nucleo, anche quando si trova in forma non condensata, si colloca in una sua propria regione, non sovrapponibile a quella di nessun altro cromosoma adiacente; il significato di tale localizzazione è attualmente studiato da molti ricercatori.

IL PATRIMONIO GENETICO PROCARIOTE E' PIU' SEMPLICE DI QUELLO EUCARIOTE

Il patrimonio genetico delle cellule eucariote ha molte caratteristiche che lo distinguono da quello nelle cellule procariote. Eccone alcune:

1) Il genoma degli eucarioti è suddiviso in più cromosomi.

2) Presenta una stretta associazione fra il D.N.A. e diverse proteine che hanno un ruolo importante per la struttura cromosomica.
3) Contiene una molto maggiore quantità di D.N.A..

4) E' molto più complesso, sia nella regolazione delle attività degli enzimi, sia nell' organizzazione delle sequenze del D.N.A..

LA PCR

Nel 1986, un biochimico statunitense, di nome Kary B. Mullis, premio nobel per la chimica nel 1993,

mise a punto un sistema per riprodurre molteplici volte il medesimo frammento di D.N.A., questa tecnica venne chiamata reazione a catena della polimerasi o PCR.

Con questo sistema si è in grado di ottenere milioni di copie di un frammento di D.N.A. in poche ore, partendo da uno specifico segmento che si vuole copiare. Questa tecnica richiede la conoscenza delle sequenze di nucleotidi collocate a ciascuna estremità del segmento di D.N.A. che si vuole copiare.



Vediamo come funziona questo processo.
Per prima cosa il campione di materiale genetico viene posto in una soluzione contenente molecole di D.N.A. polimerasi insieme a grandi quantità di quattro nucleotidi, complementari alle sequenze di ciascuna estremità del segmento, che quindi fungono da primer. questo processo si basa sulla continua ripetizione di tre passaggi:

1) La soluzione viene scaldata in modo da provocare la separazione dei due filamenti della doppia elica di D.N.A. (fase di denaturazione).

2) La soluzione viene in seguito raffreddata per permettere ai primer di attaccarsi alle loro sequeze complementari (fase di annealing, o tempramento)

3) Le molecole di D.N.A. polimerasi, una volta riconosciute le sequenze innescanti, aggiungono nucleotidi a partire dai siti in cui si sono attaccate tali sequenze.

IL PROOFREADING

Un aspetto importante della duplicazione del D.N.A. è il fatto che alcuni tipi di D.N.A. polimerasi hanno come ulteriore funzione anche quella di correggere eventuali errori che si potrebbero verificare durante il processo di duplicazione.

Il funzionamento del proofreading è abbastanza semplice. Nel momento il cui si verifica un errore, tali enzimi invertono la loro direzione di marcia, rimuovendo i nucleotidi fino a quando non incontrano un nucleotide appaiato correttamente, che quindi da il segnale di stop al proofreading.





 Questo processo garantisce una precisa duplicazione del materiale genetico. Se per uno sfortunato caso, tale sistema dovesse fallire, queste mutazioni si accumulerebbero con il passare del tempo e andrebbero a creare lesioni degenerabili in tumori.

domenica 17 marzo 2013

LA DUPLICAZIONE DEL D.N.A.

Una delle fondamentali caratteristiche del materiale genetico è quella di poter ottenere copie esatte di se stesso. Si ha quindi una autoriproduzione.


Ma come funziona questo processo di duplicazione?

Inizialmente la molecola si apre lungo la linea mediana e le basi appaiate si separano a livello dei legami ad idrogeno. A mano a mano che la separazione prosegue, i filamenti già presenti fungono da stampo; ogni filamento crea quindi una copia esatta di quello a cui era appaiato, quindi si ha come risultato finale la generazione di due molecole separate, identiche a quella iniziale.





Di seguito una lista dei vari passaggi che portano alla duplicazione.

1. la D.N.A. elicasi srotola la doppia elica e, nel punto in cui le due semi-eliche sono divise si forma la forcella di duplicazione.

2. le sequenze di R.N.A. primer fanno da innesco e inizializzano l'azione della DNA polimerasi.

3. la DNA polimerasi (percorrente sempre la direzione 5' --> 3') sintetizza di continuo in nuovo filamento sulla semi-elica 3' --> 5' e con diversi passaggi sulla 5' --> 3' a causa della differente direzione della semi-elica.

4. le varie parti sintetizzate sulla direzione 5' --> 3' si chiamano frammenti di Okazaki e sono uniti dalla DNA ligasi.

5. La sintesi continua finchè non si ottengono due copie identiche del D.N.A. iniziale.

sabato 16 marzo 2013

Il D.N.A. contiene il codice della vita

Il D.N.A., o acido deossiribonucleico, è costituito da nucleotidi. Ogni nucleotide è composto da una base azotata, da uno zucchero, da 5 atomi di carbonio e da un gruppo fosfato.

Le basi  azotate possono si dividono in:

-GUANINA
-ADENINA
-CITOSINA
-TIMINA

Di queste, adenina e guanina sono denominate, in virtù della loro strutture, purine. Citosina e purina sono invece definite piramidine.

Studi compiuti mediante l' utilizzo di raggi x hanno determinato che il diametro della doppia elica di D.N.A. deve essere necessariamente costituito dall' accoppiamento di purine e piramidine; il motivo è facilmente comprensibile, in quanto se si accoppiassero piramidine+piramidine,oppure purine+purine, avremmo come risultato un diametro di differenti dimensioni rispetto a quelle reali.

Nel D.N.A. sono presenti le medesime quantità di citosina e guanina, così come si verifica per adenina e timina. Ma allora non potrebbero esserci individui identici? La risposta è no, perché la differenza risiede nella differente successione delle basi azotate. Per quanto ne sappiamo, le differenze fenotipiche degli individui sono dovute a differenze nei loro geni, alteratesi in seguito a mutazioni del D.N.A. che hanno richiesto millenni. Ill D.N.A. è quindi l' agente trasformante, come dimostrato da numerosi esperimenti, tra cui quello di Hersey e Chase.

giovedì 31 gennaio 2013

Meiosi e Mitosi

In questo post descriverò il ciclo vitale delle cellule in particolare i processi chiamati Meiosi e Mitosi.
Comincio dicendo che negli organismi procarioti e negli eucarioti unicellulari la riproduzione avviene attraverso la divisione cellulare, in pratica la cellula si divide dando origine a due cellule ovvero le cellule figlie,con le stesse caratteristiche della cellula madre. Questa parte del ciclo cellulare si chiama Citodieresi. Il processo della Mitosi, durante il quale si formano i due nuclei distinti, si divide in diverse fasi:

La Profase è la fase in cui Il DNA si concentra nei cromosomi, formati ognuno da due cromatidi fratelli identici uniti al livello del centromero, inoltre, sempre nella medesima fase si ha la formazione del fuso mitotico e la scomparsa della membrana cellulare.   

La Metafase è la fase durante la quale i cromosomi si allineano sul piano equatoriale.

L' Anafase è la fase durante la quale i cromosomi fratelli si dividono e si dirigono verso i due diversi poli del fuso.

La Telofase è quella fase nella quale i cromosomi figli, una volta raggiunti i poli opposti, si despiralizzano e le membrane nucleari subiscono la trasformazione.

Nel ciclo cellulare è presente anche un altro passaggio precedente alla Mitosi chiamato Interfase che comprende tre diverse fasi:

La fase G1 durante la quale gli organuli aumentano di numero.

La fase S nella quale si ha la duplicazione del DNA.

E infine la fase G2 durante la quale la cellula di prepara al successivo processo di Mitosi.