Le proteine

Codice genetico e sintesi delle proteine

Archibald Garrod ipotizzò che alcune malattie causate dall'incapacità di svolgere processi chimici potessero essere ereditarie, e pensò che questo fosse causato da carenze enzimatiche. Successivamente si capì che tutte le attività biochimiche della cellula dipendono dagli enzimi.

George W Beadle lavorò sui mutanti di Drosophila ossia il colore degli occhi, capì che questi colori fossero il risultato della variazione di un unico enzima.

Edward Tatum studiando la Neurospora ( muffa del pane) riuscì a dimostrare la relazione tra il mutante e la perdita di funzioni degli enzimi.

( come funziona il suo esperimento:

estrassero le spore della muffa erano degli incroci tra ceppi normali e ceppi esposti a raggi X, questa spora veniva lasciata crescere in un terreno normale, poi una parte della muffa venne spostata in un terreno con i minimi nutrimenti e privo di amminoacidi, questo le impedì di crescere, perchè non poteva sintetizzare alcuni amminoacidi. Poi la muffa venne riposta in terreni minimi diversi, ciascuno contenente uno solo dei 20 diversi amminoacidi, e capirono così quale era l'enzima che permetteva la mutazione della muffa. ( in questo caso la prolina ) )

Gli enzimi sono essenziali per l'attività cellulare, questi si agganciano alla molecola e si attraggono tra di loro iniziando in iterazione.

Quindi noi sapevamo che un gene = un enzima, ma questo è sbagliato perchè vi sono proteine che non sono enzimi. Quindi un gene = una proteine, ma anche questo quando si capì che le proteine erano catene polipeptidiche divenne sbagliato. Quindi un gene = una catena polipeptidica.

Anche questo venne poi modificato, quando si scoprì che alcuni geni possono portare l'informazione genetica per la sintesi di molecole di RNA. Questi geni sono chiamati geni strutturali.

Anomalie

Linus Pauling pensava che le malattie che riguardano l'emoglobina potessero derivare da una variazione della proteina della molecola di emoglobina. Prelevò alcuni campioni di emoglobina da individui affetti da anemia e altri sani. Con l'elettroforesi ( strumento per osservare il comportamento di molecole sciolte in una soluzione e sottoposte a un campo elettrico e fa muovere le molecole in velocità diverse) capì le diverse forme di emoglobina. Quella normale ha una maggior carica negativa, una persona eterozigote ha una copia del carattere dell'anemia e uno normale, quindi le produce entrambe.

Cromosomi cellule

I cromosomi delle cellule procariote ed eucariote

Procariote	Eucariote
Unico cromosoma diametro 2 nanometri circolare	Il genoma è suddiviso in più cromosomi
Sola molecola di DNA a doppio filamento che forma un anello	Contiene più DNA
4,7 milioni di paia di basi	Stretta associazione tra DNA e proteine
Compattato dentro al nucleoide	Tanti segmenti di DNA ripetuti
	Molto più complesso
	Unica molecola lineare con due estremità
	2 metri di DNA in ogni cromosoma

Cromatina

Nelle cellule eucariote il DNA è combinato con le proteine, e questo insieme si chiama cromatina, esistono due tipi di cromatina, l'eucromatina si colora debolmente e l'eterocromatina si colora di più. Durante la divisione cellulare la cromatina diventa più densa, durante l'interfase è prevalente l'eucromatina, e i geni possono trasmettere le informazioni, mentre eterocromatina è localizzata nelle zone dove non ci sono geni.

Nell'eterocromatina ci sono le sequenze ripetitive di DNA.

Scomponiamo un cromosoma :

nella cromatina le proteine più abbondanti appartengono a una classe di piccoli polipeptidi detti istoni, questi hanno carica positiva e sono attratti dal DNA carico negativamente, questi fanno piegare e avvolgono il DNA. Ci sono diversi istoni (H1,H2A,H2B,H3,H4).

Le unità fondamentali in cui viene compattata sono chiamati nucleosomi, sono come delle perle di una collana, la distanza tra un nucleosoma e l'altro è di 7 nanometri, e il diametro è di 11 nm. Ogni nucleosoma è formato da otto molecole di istoni intorno ai quali si avvolge due volte il filo di DNA. I nucleosomi poi vengono compattati per creare una fibra di 30 nm grazie a una rete proteica chiamata matrice nucleare vengono compattati ancora di più in domini ad ansa. Questi gruppi si avvicinano ancora per dare vita al cromosoma.

In tutte le cellule c'è la stessa quantità di DNA, e in tutte le cellule eucariote c'è una parte di DNA cui non si sa ancora il suo scopo. Il 2% del DNA codifica le proteine ( esoni) , il 24% (introni) regolano quando e come i cromosomi devono essere espressi, il 59 % è una serie di sequenze ripetute.

Il 59 % del DNA è caratterizzato da sequenze ripetute chiamate DNA microsatellite, questo permette di identificare un individuo, esistono migliaia di copie dette sequenze moderate ripetitive.

Queste sequenze per gli istoni e per tre dei 4 rRNA formano il nucleolo.

Si chiamano sequenze altamente ripetitive quelle più lunghe.

Esistono altre sequenze ripetitive ma non identiche tra di loro, sono simili e dette famiglie genetiche. L'ultima classe è formata dal DNA a copia unica.  

Telomerasi

La telomerasi : invecchiamento cellulare

Tutto parte dai telomeri, ossia degli orologi biologici: con la riproduzione questi continuano ad accorciarsi fino quando non svolgono più la loro funzione, infatti essi proteggono i cromosomi dall' “ usura”. Dietro a ciò c'è la telomerasi, un enzima formato da una parte proteica e una parte di RNA, il suo scopo è quello di rimettere una sequenza di telomeri al loro posto quando una cellula si duplica, solo che questi telomeri non sono infiniti, e quando li finisce, la cellula muore.

Questa sequenza telomerica ( TTAGGG) si lega al cromosoma e sporge, duplicando poi il DNA usando lo stampo dell'RNA della telomerasi. ( operazione chiamata trascrtittasi inversa ) .

In alcune cellule ( come quelle somatiche) questa attività tende a scomparire, e quindi i cromosomi si accorciano portando l'invecchiamento.

Gli ingegneri genetici con delle loro ricerche hanno dimostrato che in alcuni casi si può attivare o bloccare la telomerasi, quindi anche per esempio l'orologio delle cellule tumorali.

Questo perchè accade? Durante la duplicazione del DNA c'è un filamento che va in una direzione uguale a quella della forcella e uno contrario, il filamento nella direzione esatta non ha problemi, mentre abbiamo detto che l'altro deve ,per duplicarsi ,continuare una successione di “ attacca e stacca” del primer per poter essere replicato. Però non può duplicare la parte tra l'ultimo frammento di Okazaki e l'estremità finale, quindi c'è un pezzetto libero, che poi porta all'accorciamento dei telomeri.

Alcuni studi fatti dai ricercatori del Nurses Health Study hanno esaminato i campioni di sangue di 5243 donne di età compresa tra 42 e 69 anni, capendo che lo stress, la paura e le fobie portano a un invecchiamento precoce delle cellule.

Altri come un gruppo di ricercatori della Duke University e dell’University College di Londra, hanno collaborato con 1100 famiglie britanniche. Questi hanno capito che l'invecchiamento cellulare e quindi l'accorciamento dei telomeri si verifica nei bambini che subiscono violenza domestica o bullismo.

Alcuni scienziati di Harvard sono riusciti a invertire il processo di invecchiamento dei topi, questi scienziati hanno allevato dei topi geneticamente modificati privandoli della telomerasi ,e questi avevano dei disturbi: scarso olfatto, cervello più piccolo e sterilità, quando poi dall'esterno è stato inserito l'enzima tutti i tessuti danneggiati si sono riparati. Questi scienziati pensano anche che possa essere applicato lo stesso processo agli uomini, e potrebbe funzionare se applicato regolarmente.

http://www.youtube.com/watch?v=pfQ4tAZ9Jf0

http://www.youtube.com/watch?v=2xMhfdeeU8Y

Fonti :

http://www.ghiandolapineale.it/files/telomerasi.htm

http://www.lescienze.it/topics/news/telomeri-1153910/

wikipidia.

http://www.vivereinarmonia.it/benessere/articolo/nobel-agli-studi-sulla-longevita.aspx

Clonazione

Clonare

C'è un giochino interessante su un sito inglese dal quale ho preso spunto per questo post:

http://learn.genetics.utah.edu/content/tech/cloning/clickandclone/

Cloneremo Mimi e Megod, un topino e una topina.

Bisogna isolare la cellula donatrice dai due topini, successivamente dobbiamo rimuovere e staccare il nucleo dalla cellula uovo ( quindi quella di Mimi presumo) , poi trasferire il nucleo delle cellule somatiche all'interno del enucleata cellula uovo. Poi dobbiamo simulare la divisione cellulare, inserendo delle gocce di un liquido chimico che fa iniziare la divisione cellulare, poi impiantare l'embrione in Momy ( ossia la mamma “ artificiale” ). Ed il topino nasce!

Oltre al giochino esistono altri tipi di clonazione?

Un po' di storia: preso spunto da : http://www.filosofico.net/bioeticaclonaz.htm

Le prime clonazioni avvennero sulle rane, da Robert Briggs e Tomas King, trapiantarono il nucleo di una cellula di embrione di una rana in una cellula uovo, e i nuovi embrioni venivano poi cresciuti. Poi nel 1979 venne pensata la divisione degli embrioni, per ottenerne due identici, questa tecnica fu applicata all'uomo, ottennero 48 embrioni clonati.

Nle 1996 nacque Dolly, il primo mammifero clonato, fu realizzato dai ricercatori di Edimburgo, prelevarono il nucleo da una cellula mammaria di una pecora adulta e la trasferirono in un ovulo privato del suo nucleo, e poi fu in seguito trapiantato nell'utero di un'altra pecora. Si ha così una riproduzione asessuale che genera un individuo identico a quello di partenza.

La clonazione è molto comune nell'agricoltura, dove si producono piantine in massa. Un clone non ha rimescolamento di DNA rispetto alla sua copia.

Duplicazione DNA

Duplicazione del DNA

Il DNA si duplica in continuazione compiendo soltanto da 1 a due errori in media, per esempio i batteri commettono errori più frequentemente, circa 1000 volte in più degli eucarioti, i batteri possono permettersi di sbagliare più frequentemente in quanto è l'unica loro possibilità per creare variabilità, e anche perché si riproducono così velocemente che anche se qualche cellula muore non ha importanza.

Il DNA duplicandosi crea copie di se stesso, i due filamenti si separano creando una forcella preceduta da una buca chiamata bolla di duplicazione. Il DNA si apre dove trova una successione di legami T-A perchè essendoci soltanto due legami a idrogeno è più facile romperli che quelli a tre. Il DNA ci mette circa due ore a duplicarsi, vengono posizionati circa 50 nucleotidi al secondo.

La duplicazione avviene durante la fase S del ciclo cellulare.

Il DNA si separa grazie a un enzima, chiamato elicasi, che separa i due filamenti grazie a dei segnali che gli impongono di partire. Quando sono separati una particolare proteina si aggancia ai filamenti per impedire che questi si arrotolino nuovamente. Dopo di che arriva la RNA primasi ( alcuni la chiamano DNA primasi) ed è un primer, ossia deve passare sui filamenti e per attivare la DNA polimerasi che successivamente posiziona i nucleotidi esatti. Però c'è un problema, la DNA polimerasi III percorre soltanto il senso 5' 3', quindi da una parte va nel senso dell'apertura quindi della forcella, ma dall'altro il senso è contrario, quindi compie una serie di “ attacca e stacca” , il primer passa dal punto in cui era al nuovo pezzo aperto dalla forcella, e inizia il suo percorso, si creano però dei frammenti, chiamati frammenti di Okazaki ( nome di un biologo giapponese) questi vengono poi rimossi dalla Polimerasi I e poi sostituiti dalla polimerasi III, intanto la DNA ligasi interviene per “ saldare” con legami a idrogeno le giunture.

Il DNA si duplica in maniera semi-conservativa, infatti metà del DNA diventa metà di una delle copie e l'altra metà dell'altra, quindi essendo gli acidi nucleici complementari, l'altra parte verrà copiata perfettamente identica alla parte separata.

                                                                       http://it.wikipedia.org/wiki/Frammento_di_Okazaki

Video :

 http://www.youtube.com/watch?v=teV62zrm2P0

http://www.youtube.com/watch?v=yqESR7E4b_8

Errori:

Purtroppo il DNA non sempre si copia perfettamente, a volte si verificano degli errori, ed esistono errori di tipo diverso e modi diversi per correggerli. Ad esempio la polimerasi è in grado di correggere da sola i suoi errori, capendo di aver sbagliato, torna indietro e corregge la parte sbagliata, questo è detto proofreading.

Altri enzimi controllano la duplicazione, quando incontrano un errore, tagliano una parte estesa del DNA , la eliminano e poi la sostituiscono con il pazzo esatto. Alcuni errori possono accadere perchè nell' ammasso di sostanze venga persa una purina e un altra sostanza venga messa al suo posto per errore, questo può accadere a causa dei raggi UV.  

PCR

nel 1986 il biochimico Kary B. Mullis ha vinto il premio Nobel per aver scoperto un metodo per produrre copie multiple di frammenti di DNA in laboratorio, questa è data da una reazione a catena della polimerasi ( PCR), si prende un piccolo campione di DNA e si creano in poche ore moltissime copie. Il campione di NA viene posto in una soluzione che contiene molecole di DNA polimerasi, nucleotidi e primer. Come avviene:

-la soluzione viene scaldata a 95° il movimento porta la divisione dei due filamenti di DNA ( denaturazione)

-successivamente la soluzione viene portata a 52° , qui i primer si attaccano e creano la sequenza di innesco

-la temperatura viene rialzata a 75° e qui la DNA polimerasi copia la parte complementare.

Il tutto poi viene ripetuto tantissime volte, ottenendo sempre il doppio delle copie.

Un batterio il Thermus aquaticus ha la capacità di fare ciò naturalmente.  

Il DNA

I geni sono contenuti nei cromosomi, i cromosomi sono molecole costituite da DNA e proteine, molti scienziati pensavano che fosse impossibile che i geni fossero contenuti in essi, perchè troppo semplici, altri invece accettarono l'idea. Le proteine sono polimeri di amminoacidi di 20 tipi diversi, mentre il DNA è un polimero di 4 nucleotidi. Gli amminoacidi funzionano da linguaggio, devono formare un codice che permette di portare informazioni. Si credeva infatti che i geni fossero formati da proteine. Ma si scoprì poi grazie a Hershey che è il DNA il portatore di informazioni, è composto da: zuccheri catene chiuse di 5-6 atomi di carbonio(sp3) ossia il desossiribosio ( per RNA è ribosio), un gruppo fosfato e una base azotata. Le basi azotate possono essere : Purina formate da due anelli ( Adenina e Guanina) o pirimidina formata da un anello ( Timina e Citosina) , una purina si può legare soltanto a una pirimidina, per questioni di lunghezze, infatti il nostro DNA, che ha la forma di una scala a chiocciola, ha distanza tra i due montanti pari a 2 nanometri, e se si legassero due purine questa distanza non sarebbe rispettata. I legami tra A e T sono due legami a idrogeno, mentre G e C tre legami a idrogeno. Il DNA scorre in due direzioni opposte, infatti nella successione si lega un gruppo fosfato allo zucchero, da una parte al 3° carbonio, mentre dall'altra al 5° carbonio, avremo così una successione che va da 5' a 3' e dall'altro lato da 3' a 5', quindi percorrono
direzioni opposte
http://learn.genetics.utah.edu/content/begin/tour/.

Timeline DNA

Il DNA

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  1865 Mendel studia i caratteri ereditari;
  
  
  
  
  
  
  
  1869 Miecher isolò un acido nucleico dal pus, che lo chiamo acido nucleico e successivamente desossiribonucleico;
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  1902 Garrod studia l'alcaptonuria, una malattia, e ipotizza che fosse causata dalle proteine, venne poi dimostrata da Beadle e Tatum, analizzando la muffa (neurospora) del pane sottoponendola a radiazioni questa faticava a vivere e a riprodursi, successivamente dandogli dall'esterno delle sostanze questa viveva tranquillamente, capirono che i raggi agivano sulle proteine che producevano enzimi;
• dagli anni '40 si capisce che i geni sono presenti nei cromosomi;
• 1941 si scoprì che i geni fabbricano le proteine;
  
  
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  1943 Avery riprese uno studio di Griffith, il quale utilizzava dei batteri, Molti di questi virus erano virulenti, mentre altri erano innocui, alcuni però da innocui diventavano virulenti, ma non capì il perchè. Avery capì che il fattore trasformante era il DNA e che quindi il materiale genetico era contenuto all'interno di esso, questo non fu accettato subito, perchè si pensava fosse impossibile che una struttura semplice potesse contenere informazioni così complesse. 
  
  
  
  
  
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  1952 Alfred Hershey e Chase studiarono dei virus chiamati batteriofagi perchè attaccavano dei batteri, inserendo il loro DNA e la cellula distruggendosi produceva altri virus. ( processo di Coniugazione, dove i virus con un tubicino scambiano DNA con altre cellule)
  
  Questi contenevano DNA e proteine, il DNA aveva fosforo mentre le proteine zolfo, questi vennero segnati con degli isotopi radioattivi dello zolfo e del fosforo, notarono che lo zolfo rimaneva fuori dalla cellula, mentre il fosforo, quindi il DNA riusciva, a penetrare.
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  1952 Chargaff scoprì che la proporzione tra le 4 BASI AZOTATE è la stessa in tutti gli individui di una determinata specie, ma varia da una specie all’altra;
  SPECIE: popolazione di individui che possono riprodursi e hanno una prole feconda. 
  
  
  
  
  
  
  
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  1953 Franklin ( una donna) utilizza i raggi X per capire la struttura del DNA ( purtroppo muore troppo giovane);
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  1950 circa Pauling pensa che la forma elicoidale del DNA possa anche essere delle proteine;
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  Anni '50 Watson e Crik utilizzarono i dati scoperti sul DNA per creare il loro modello. ( Presero il premio Nobel senza citare neanche la povera Franklin)