Regolazione genetica

Regolazione genetica

Per regolazione genetica si intente la capacità delle cellule di controllare l'azione dei geni, in modo tale che l'informazione portata da esso diventi un prodotto di natura proteica. Quindi diciamo che la regolazione serve per accendere o spegnere gran parte dei geni.

Questo viene fatto soprattutto per questioni energetiche, perchè se tutti i geni fossero attivi inutilmente ci sarebbe uno spreco di energia inutile.

Un esempio possiamo farlo con E coli. Questo batterio utilizza il lattosio come elemento, che essendo un disaccaride va scomposto in : glucosio e galattosio. Se non è presente lattosio, non c'è nessuna molecola di beta-galattosidasi che permette la biosintesi delle molecole per demolirla, mentre in altri casi la presenza di una sostanza può bloccare la sintesi di certe proteine. Per esempio gli enzimi indispensabili per la biosintesi dell'amminoacido triptofano, vengono continuamente sintetizzati a meno che il triptofano non sia già presente. E coli quindi sembrano incapaci di regolare la loro produzione enzimatica. Le cellule producono beta-galattosidasi anche in assenza di lattosio, questi però sono mutanti, e si riproducono meno velocemente di quelli normali.

Una corretta regolazione genetica permette uno sviluppo embrionale esatto. Infatti un organismo pluricellulare si sviluppa a partire da una cellula fecondata, lo zigote, e poi si divide in continuazione per mitosi e citodieresi dando vita a nuove cellule, che poi si specializzano, diventando cellule nervose, cellula muscolari etc. Le cellule dello stesso individuo avranno lo stesso genoma( patrimonio genetico) ma diverse proteine ( proteoma).

Questo è molto visibile nei globuli rossi dei mammiferi, perchè nelle diverse fasi della vita sintetizzano emoglobina diversa, in base alla quantità di ossigeno che devono assumere, infatti il feto e l'embrione devono catturare l'ossigeno dal sangue della madre, quindi svilupperanno e attiveranno tipi di emoglobina più aggressivi. Mentre da adulti cambia, verranno disattivati quelli “ da piccoli” e ne verranno attivati altri, perchè da adulti l'ossigeno viene catturato dall'aria. ATTENZIONE! Tutte le informazioni genetiche contenute nello zigote sono presenti ancora in tutte le cellule diploide del nostro organismo.

Per dimostrarlo il biologo Gurdon prese i nuclei di cellule intestinali di un girino, lo ha posto nela cellula enucleata di una rana e poi ha prodotto un nuovo girino. Il nuovo girino conteneva le stesse informazioni di quello di partenza. Quindi pare chiaro che il differenziamento delle cellule di un organismo pluricellulare dipende dall'attivazione o inattivazione di certi gruppi di geni.

Questo riprende la clonazione.

Fonti : Libro Zanichelli invito alla biologia. blu

Anemia falciforme

L'anemia falciforme o drepanotica è una malattia genetica del sangue in cui i globuli ossi assumono una forma irregolare, ricurva che assomiglia a una mezzaluna o falce. Questa forma è diversa da quella tipica a disco bioncavo elastica e deformabile. In questa anemia i globuli rossi si trovano in circolo, sono rossi anormali, e facilmente aggregabili, questo è un ostacolo per il normale passaggio degli eritrociti ( globuli rossi )nei vasi sanguigni favorendo gli ingorghi. Questi globuli sono meno forti di quelli normali e producono anemia a causa della loro fragilità. La vita degli eritrociti a mezza luna è di 10-20 giorni mentre normalmente durano 4 mesi.

Questa anemia si sviluppa con la diminuzione del pH ematico, gravi infezioni, queste condizioni sono tipiche della porzione venosa dei capillari ed aumentano durante forzato esercizio fisico e nei soggiorni in alta montagna.

Cause:

L'anemia falciforme è causata da una mutazione del gene che dirige la sintesi dell'emoglobina, una proteina che cattura l'ossigeno dai polmoni. Nell'adulto ogni molecola ha una struttura quaternaria, 4 subunità con due catene alfa identiche composte da 141 aminoacidi e due catene Beta di 146 aminoacidi.

Nell'anemia la mutazione interessa solo una base nucleotidica del gene che caratterizza la subunità beta. Infatti questa mutazione provoca la sostituzione di un aminoacido ( acido glutammico ) con la valina.

Sintomi:

I sintomi dell'anemia falciforme sono pallore, stanchezza, e pelle fredda. I neonati non presentano sintomi di questo genere. Negi omozigoti il sintomo più frequente sono le crisi dolorose, episodi sporadici. Queste crisi sono dovute al ricrearsi dell'ostruzione del flusso sanguigno.

La malattia è frequente in Africa centro orientale, e a sud dell'Arabia e nel Mediterraneo, soprattutto nelle zone in cui vi è la malaria. Da un censimento del 2000 risulta che in Italia vi sono 240 pazienti con anemia drepanocitica e 622 con talassodrepanocitosi

Mutazioni genetiche

Le mutazioni genetiche

il botanico olandese Hugo de Vries definì le mutazioni come caratteristiche che appaiono nel fenotipo( è l'insieme di tutte le caratteristiche osservabili di un organismo vivente).

Una mutazione è un cambiamento del numero di nucleotidi in un segmento di acido nucleico. Le mutazioni avvengono nei gameti, o nelle cellule che danno origine ai gameti.

Alcune mutazioni riguardano l'aggiunta, la perdita o la sostituzione di un singolo nucleotide e sono chiamate mutazioni puntiformi. Se l'amminoacido viene inserito diverso da quello presente si chiama mutazione di senso, come per l'anemia falciforme che contiene 4 catene polipeptidiche due alfa e due beta, le catene alfa sono normali e presentano l'acido glutammico, le catene beta contengono l'amminoacido valina.

Capita però che la sostituzione di un amminoacido con un altro non comporti conseguenze per le proteine.

Un altro tipo è la mutazione non senso, quando il nucleotide viene scambiato con un codone di arresto, questo provoca la fine della sintesi proteica e spesso è origine di malattie gravi.

Poi c'è la mutazione silente, quando al nucleotide non corrisponde un amminoacido nel momento della traduzione e quindi non si hanno conseguenze per l'individuo.

Se si perde una proteina si chiama delezione, l'aggiunta insertimento di nucleotidi in un gene.

Esistono delle mutazioni spontanee che derivano dalle sostanze tossiche dai processi metabolici della cellula, come radicali liberi che interagiscono con il DNA modificandolo, altre mutazioni sono date dai mutageni, come i raggi X.

Traduzione DNA

Processo di traduzione

la sintesi proteica si chiama traduzione, questa si divide in 3 fasi:

1. inizio, o start , qui il tutto incomincia quando la subunità minore del ribosoma si attacca al filamento di mRNA all'estremità 5'. Per esempio in Eschierichia coli 5' si attacca al ribosoma iniziale ance se è ancora in fase di trascrizione, quindi queste due fasi avvengono contemporaneamente, tRNA si attacca per appaiarsi al codone, ed è in genere AUG. Questi procarioti hanno una forma modificata dell'amminoacido metionina chiamata fMet ( formilmetionina). La combinazione poi tra la subunità minore, il mRNA e il tRNA è chiamata complesso di inizio, una volta formato la subunità maggiore si attacca e il tRNA d'inizio con fMet va ad occupare la posizione P ( sitoP) ( DA PEPTIDE). L'energia necessaria per compiere questo atto produce energia, guanosina trifosfato oppure GTP

2) fase di allungamento o produzione, il secondo codone dell mRNA è posizionato nel sito A ( amminoacile) , qui un tRNA con il suo codone si inserisce sull' mRNA dopo di che si forma un legame peptidico tra i due amminoacidi attaccando fMet con il secondo.

2. Poi mRNA scorre in avanti e tRNA si trova nel sito E( exit) e viene liberato, il secondo tRNA al quale sono uniti fMet e l'altro amminoacido passa a P, il terzo complesso si inserisce in A che diventa libero.

2. Terminazione, dove nell' mRNA si trova uno dei tre codoni che hanno il segnale di stop, non esistono tRNA adatti e quindi termina la fase. Si inserisce nel sito A una proteina di rilascio chiamata fattore di rilascio e la traduzione cessa. Nelle cellule procariote la parte iniziale della molecola dell' mRNA rimane libera e un altro ribosoma può legarsi, un gruppo di ribosomi che legge la stessa molecola è detto polisoma o poliribosoma
   

Sintesi proteica

La sintesi proteica

negli organismi eucarioti i meccanismi con cui avviene la sintesi proteica sono complessi, una caratteristica degli eucarioti è che la trascrizione avviene nel nucleo e poi la sintesi nel citoplasma. La sintesi proteica per avvenire ha bisogno dell'RNA ribosomiale e quello di trasporto. La sintesi avviene nei ribosomi, costituiti per due terzi da RNA e per un terzo da proteine, contengono l'RNA ribosomiale ( rRNA) , questo è costituito da due subunità:

-la parte più piccola quella minore ha solo un sito per l'mRNA

-la parte più grande ha tre siti di legame per tRNA

le molecole di RNA di trasporto ( tRNA) possono essere paragonate a un dizionario che traduce il linguaggio degli acidi nucleici in proteine. Una molecola di tRNA ha la forma di una croce rovesciata, ha una catena CCA con cui termina sempre nell'estremità 3' e qua si lega un amminoacido specifico, nella parte opposta c'è un anticodone, complementare a un codone dell'mRNA. Un'altra regione funziona come sito di riconoscimento, chiamato amminacil-.tRNA sintetasi ognuno di questo sito di questi enzimi ha un sito di legame per un dato amminoacido.

Codice genetico

Il codice genetico

le proteine contengono 20 amminoacidi differenti ma come sappiamo RNA e DNA contengono solo 4 nucelotidi, quindi ci deve essere un codice, un sistema di segnali o simboli al quale viene attribuito un significato, il messaggio nel DNA serve per sintetizzare una proteina.

Se ci sono 20 differenti amminoacidi , se ogni nuceotide codificasse per un amminoacido allora corrisponderebbero soltanto 4 amminoacidi, se fosse codificato da due se ne avrebbero 16 ( 4^2 ) invece è codificato da 3 nucleotidi (4^3) 64 , bastano ed avanzano, tre di queste terzine servono da stop. Ogni tripletta è chiamata codone. Spesso i diversi codoni differiscono solo per l'ultimo nucleotide.

Come si scoprì ciò?

Si pensò che l'mRNA fosse idoneo a decifrare il codice, Niremberg studiò E. coli a cui aggiunse degli amminoacidi marcati radioattivamente e campioni di RNA prelevati da organismi. Tutti i campioni di RNA stimolavano la sintesi proteica.

Severo Ochoa aveva sviluppato un metodo per sintetizzare un lungo filamento di RNA mediante l'unione di nucleotidi, con questa tecnica egli aveva prodotto in provetta un RNA che conteneva soltanto una base azotata l'uracile, si chiamava poli-U, in 20 provette che contenevano ribosomi, ATP ed enzimi necessari, venivano messi 20 amminoacidi dei quali uno solo era marcato radioattivamente, e poi fu aggiunto poli-U, in 19 provette non si creò nulla, ma in una soltanto si vide un polipeptide la fenilalanina radioattiva.

Una cosa fantastica è che il codice genetico è identico in tutti gli organismi, noi abbiamo dentro il codice genetico dell' Homo sapiens, ciò che cambia sono i mitocondri in quanto li ereditiamo solo dalla mamma. Spesso i virus utilizzano le nostre cellule per farsi copiare, infatti il loro DNA viene copiato all'interno del nostro DNA, per esempio il virus della varicella non sparisce, lo copiamo sempre, finchè un giorno non verrà il fuoco di S. Antonio.

Trascrizione DNA

RNA

la sequenza lineare degli amminoacidi di una sequenza polipeptidica determina la struttura della proteina, e questa struttura ne determina la forma.

L'acido ribonucleico (RNA) è una sostanza simile al DNA, ha un ruolo importante nella traduzione dell'informazione genetica, infatti le cellule molto ricche di RNA sintetizzano grandi quantità di proteine, e nelle cellule eucariote l'RNA si trova nel citosol dove avviene la sintesi proteica.

Esperimenti sui virus diedero una conferma di ciò: quando una cellula viene infettata da un virus, dal DNA viene sintetizzato l'RNA.

Differenze tra RNA e DNA

	Zucchero	Base pirimidinica	Struttura lineare	Ripiegamenti
DNA	desossiribosio	Timina	Doppio filamento	Doppia elica
RNA	Ribosio	Uracile	Unico filamento	Unico filamento

L'RNA messaggero ( mRNA) copia le informazioni e le porta dal nucleo al luogo dove si sintetizzano le proteine, queste molecole sono assemblate da uno dei due filamenti di DNA, come il DNA ogni molecola di RNA ha un estremità 5' 3' , ha lo scopo di trascrivere il messaggio di un segmento di DNA. Particolari sequenze nucleotidiche dette promotori sono i luoghi dove si lega l'enzima RNA polimerasi, qui si apre il DNA in due filamenti. I promotori sono i segnali di partenza per la sintesi dell'RNA, mentre esistono le sequenze di arresto che bloccano la sintesi.

Quando l'RNA messaggero ha finito il suo compito, questo si scompone nei nucleotidi che lo formano.

Ci sono tre fase quindi:

• inizio dove RNA polimerasi riconosce il promotore e si attacca ad esso, questa operazione è aiutata da un fattore sigma
• poi c'è la fase di allungamento dove RNA polimerasi sintetizza il trascritto di mRNA e il fattore sigma si stacca
• fase finale quella di terminazione dove RNA polimerasi incontra una sequenza di arresto e blocca la trascrizione.

Però come abbiamo detto nel post precedente ci sono alcune parti chiamate introni ( erano il 24 % ) che non vengono tradotte in proteine, mentre gli esoni ( il 2 %) vengono tradotti. Questi introni furono scoperti quando tentarono di ibridare mRNA e Dna, due filamenti singoli di acidi nucleici tendono ad appaiarsi per formarne uno doppio, se si scalda una doppia elica di DNA questi filamenti tendono a staccarsi, ossia si denatura, prendendo uno dei due filamenti e raffraddandolo in presenza di mRNA si può capire quanto questi acidi nucleici siano simili in base alla lunghezza dei tratti che si appaiano, e non c'era corrispondenza tra le molecole di RNA maturo, quello che giunge nel citosol era diverso da quello prima.

Ma allora come si fa a raggiungere lo stato maturo? Prima della maturazione all'mRNA viene aggiunto un cappuccio di un insolito nucleotide chiamato 7metilguanosina, questo serve per far uscire l'mRNA dal nucleo per attaccarlo al ribosoma eucariote, viene aggiunta una coda poli-A che da stabilità alla molecola. Dopo di che avviene lo splicing, ossia un meccanismo con cui avviene il taglio degli introni e l'unione degli esnoni, essi sono saldati assieme, questi intorni vengono eliminati da un grosso complesso molecolare chiamato spliceosoma, sono subunità ( insieme di polipeptidi). Spesso pre-mRNA identici vengono rielaborati in molteplici mRNA maturi ( splicing alternativo). Come per esempio nella maturazione di ghiandole che producono ormoni.