Il DNA (acido desossiribonucleico) è una delle molecole più importanti nel tuo corpo, e sebbene circa il 99,9% del tuo DNA sia uguale a quello di ogni altro essere umano, lo 0,1% che è diverso è ciò che ti rende geneticamente unico! Questa minuscola struttura biologica è il manuale di istruzioni definitivo, contenente le ricette per le proteine di cui il tuo corpo ha bisogno per svilupparsi e funzionare.
Oggi vi daremo un'introduzione sulle basi del DNA. Parla bene della sua struttura, di come si replica e del ruolo che svolge nella produzione di proteine.
Aggiornamento marzo 2022:
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La struttura del DNA: poteri biologici fenomenali… Il piccolo spazio vitale
Sapevi che nella cellula umana media ci sono circa 2 m (6 piedi) di DNA? È piuttosto impressionante, considerando che anche le celle più grandi hanno un diametro di poco più di 100 m. (È davvero minuscolo, tra l'altro 1m è un milionesimo di metro.)
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In che modo tutto quel materiale genetico è stipato in uno spazio molto più piccolo della punta di uno spillo? La risposta breve è un sacco di torsioni e tortuosità. Il DNA avvolge gruppi proteici chiamati istoni per formare unità chiamate nucleosomi. Questi nucleosomi si piegano in una fibra modellata a zig-zag, che poi forma dei cappi.
Struttura e conservazione del DNA. Immagine da Biologia Visibile.
Ci sono 46 stringhe separate di DNA in ogni cellula somatica del corpo umano. Ognuno di questi è chiamato cromosoma. Gli scienziati li raggruppano in 23 coppie omologhe, il che significa che i cromosomi in ciascuna coppia sono simili per struttura e funzione. L'unica eccezione a questo è la 23a coppia, i cromosomi sessuali in individui biologicamente maschi. I cromosomi sessuali X e Y hanno solo alcune regioni (regioni autosomiche) che sono omologhe.
A livello molecolare, il DNA ha una caratteristica forma a doppia elica e, sebbene questa non sia stata osservata dagli scienziati fino alla metà del 20° secolo, è diventata rapidamente una delle forme più iconiche di tutta la scienza.
Lezione sulla struttura del DNA dalla serie YouTube di Visible Biology con la dottoressa Cindy Harley.
I lati di questa scala contorta sono composti da molecole alternate di zucchero (desossiribosio, per la precisione) e un gruppo fosfato. Ogni lato prende il nome dalla direzione in cui corre (53 o 35). I gradini delle scale sono composti da due basi azotate, tenute insieme da legami idrogeno.
Struttura molecolare del DNA. Immagine da Biologia Visibile.
Sui filamenti di DNA si possono trovare quattro basicitosina azotata, timina, adenina e guanina. In termini di struttura chimica, la citosina e la timina sono pirimidine e l'adenina e la guanina sono purine. L'adenina e la timina (A e T) si accoppiano sempre insieme e la guanina e la citosina (G e C) si accoppiano sempre insieme. Si accoppiano in questo modo perché A e T formano due legami idrogeno tra loro e G e C ne formano tre.
Al livello più elementare, diverse sezioni di filamenti di DNA (sequenze di basi azotate) forniscono istruzioni per la sintesi delle proteine. Una singola sezione di DNA può anche codificare per più proteine!
Replicazione: raddoppiare il DNA
Illustrazione da A&P 6 .
La replicazione del DNA di una cellula avviene prima che una cellula si prepari a subire la divisione o la mitosi o la meiosi I.
Si svolge in tre (ish) passaggi.
- Il DNA si svolge dagli istoni.
- Un enzima chiamato DNA elicasi apre la struttura dell'elica su un segmento di DNA, rompendo i legami tra le basi azotate. Lo fa in modo simile a una cerniera, lasciando dietro di sé una forcella di replica.
- Ecco dove le cose si fanno bizzarre.
- Sul filamento 53 del DNA, un enzima chiamato DNA polimerasi scivola verso la forcella di replicazione e utilizza la sequenza di basi azotate su quel filamento per creare un nuovo filamento di DNA complementare ad esso (questo significa che le sue basi si accoppiano con quelle sul filamento vecchio filone).
- Sul filamento 35, più DNA polimerasi abbinano coppie di basi in segmenti parziali, allontanandosi dalla forcella di replicazione. Successivamente, la DNA ligasi collega questi filamenti parziali in un nuovo segmento continuo di DNA.
Vuoi sapere qualcosa di pulito? Quando una molecola di DNA si replica, ciascuna delle nuove molecole di DNA risultanti contiene un filamento dell'originale, quindi nessuno dei due è completamente nuovo." Inoltre, vengono creati nuovi istoni nello stesso momento in cui il DNA si replica in modo che i nuovi filamenti di DNA possano avvolgersi loro.
Intermezzo: RNA vs DNA
Prima di discutere di trascrizione e traduzione, i due processi chiave per la sintesi proteica, dobbiamo parlare di un altro tipo di molecola: l'RNA.
L'RNA è molto simile al DNA, ha una spina dorsale zucchero-fosfato e contiene sequenze di basi azotate. Tuttavia, ci sono un paio di differenze vitali tra RNA e DNA:
- L'RNA ha una sola catena nucleotidica. Sembra solo un lato della scala del DNA.
- L'RNA ha ribosio come zucchero nella sua spina dorsale.
- L'RNA ha uracile (U) invece di timina.
- L'RNA è più piccolo del DNA. L'RNA ha una lunghezza di circa 10.000 basi, mentre il DNA ha una media di circa 100 milioni.
- L'RNA può lasciare il nucleo. In effetti, svolge la maggior parte del suo lavoro nel citoplasma.
Esistono diversi tipi di RNA, ciascuno con funzioni diverse, ma ai fini di questo articolo, ci concentreremo sull'RNA messaggero ( m RNA) e sull'RNA di trasferimento ( t RNA).
Fare una proteina, parte 1: trascrizione
La trascrizione è la prima fase del processo di produzione delle proteine, anche se la sintesi proteica vera e propria non avviene fino alla seconda fase. In sostanza, ciò che accade durante la trascrizione è che un m RNA copia le istruzioni per produrre una proteina dal DNA.
Illustrazione da A&P 6 .
In primo luogo, un enzima chiamato RNA polimerasi apre una sezione di DNA e assembla un filamento di m RNA leggendo la sequenza di basi su uno dei filamenti di DNA. Se c'è una C sul DNA, ci sarà una G sull'RNA (e viceversa). Se c'è una T sul DNA, ci sarà una A sull'RNA, ma se c'è una A sul DNA, ci sarà una U (invece di una T) sull'RNA. Mentre l'RNA polimerasi viaggia lungo la stringa di DNA, chiude la struttura elicoidale di nuovo dopo di essa.
Prima che il nuovo m RNA possa uscire per fornire le sue istruzioni per la fabbricazione delle proteine, viene ripulito dagli enzimi. Rimuovono segmenti chiamati introni e quindi uniscono i segmenti rimanenti, chiamati esoni. Gli esoni sono le sequenze che codificano effettivamente per le proteine, quindi sono quelle che l'm RNA ha bisogno di mantenere. Puoi pensare a introni come il riempimento tra gli esoni.
Inoltre, ricordi come ho detto che una singola sequenza di DNA può codificare per più proteine? Lo splicing alternativo è il motivo per cui: prima che l'mRNA lasci il nucleo, i suoi esoni possono essere uniti insieme in modi diversi.
Lezione sulla trascrizione dalla serie YouTube di Visible Biology con la dottoressa Cindy Harley.
Fare una proteina, parte 2: traduzione
Dopo che tutto è stato ripulito e pronto per partire, l'mRNA lascia il nucleo e va a compiere il suo destino: prendere parte alla traduzione, la seconda metà della costruzione delle proteine.
Lezione sulla traduzione dalla serie YouTube di Visible Biology con la dottoressa Cindy Harley.
Nel citoplasma, l'm RNA deve interfacciarsi con t RNA con l'aiuto di un ribosoma. t L'RNA è un tipo di RNA che ha un posto dove legarsi agli amminoacidi liberi e una sequenza speciale di tre basi azotate (un anticodone) che si lega al ribosoma.
I ribosomi sono organelli che facilitano l'incontro di t RNA e m RNA. Durante la traduzione, i ribosomi e il t RNA seguono le istruzioni sull'm RNA e assemblano gli amminoacidi in proteine.
Ogni ribosoma è composto da due subunità (grande e piccola). Questi si uniscono all'inizio della traduzione. Di solito si trovano subunità ribosomiali che galleggiano nel citoplasma, ma un ribosoma si attaccherà al reticolo endoplasmatico ruvido se la proteina che sta formando deve essere messa in una vescicola di trasporto. I ribosomi hanno anche tre siti di legame in cui l'RNA t può agganciarsi: il sito A (aminoacile, prima posizione), il sito P (peptidil, seconda posizione) e il sito E (la posizione di uscita).
In definitiva, la traduzione ha tre fasi: inizio, allungamento e terminazione.
Durante l'inizio, il filamento di mRNA forma un anello e una piccola subunità ribosomiale (la parte inferiore del ribosoma) si aggancia ad esso e trova una sequenza di basi che gli segnala di iniziare la trascrizione. Questo è chiamato codone di inizio (AUG).
Quindi, a RNA con anticodone UAC si accoppia con questo codone di inizio e occupa il sito della seconda posizione (P) del ribosoma. Questo t RNA trasporta l'amminoacido Metionina (Met). A questo punto, anche la subunità ribosomiale grande si posiziona (è sopra l'm RNA e la subunità piccola è sotto).
Nella fase di allungamento, il ribosoma completamente assemblato inizia a scorrere lungo l'm RNA. Diciamo che la prossima sequenza di basi che incontra dopo il codone di inizio è GCU. Una molecola di t RNA con l'anticodone CGA si legherà al sito della prima posizione (A) del ribosoma. L'amminoacido che trasporta (alanina) forma un legame peptidico con il Met. Successivamente, l'RNA t CGA (che porta la catena Met-Ala) si sposta nella seconda posizione e l'RNA t UAC entra nel sito di legame E. Il primo sito di posizione è quindi pronto per accettare un nuovo t RNA. Questo processo continua fino a quando il ribosoma non raggiunge un codone di arresto.
Riprese video da animazione in Biologia Visibile.
La terminazione è più o meno come sembra. Al raggiungimento del codone di stop, l'RNA t che si lega alla prima posizione trasporta una proteina chiamata fattore di rilascio. La catena di amminoacidi si stacca quindi dal ribosoma, andando nel citosol o nella cisterna dell'ER grezzo, e il ribosoma si disassembla. Tuttavia, potrebbe benissimo rimontare e girare di nuovo intorno al ciclo dell'mRNA. Inoltre, più ribosomi possono lavorare contemporaneamente sullo stesso mRNA!
E queste sono le basi del DNA!
Ecco un pratico grafico che puoi guardare se hai bisogno di ricordare le differenze tra trascrizione, traduzione e replica:
|
Posizione |
Scopo |
Principali partecipanti |
Prodotti) |
|
|
Replica |
Nucleo |
Duplica un intero filamento di DNA |
DNA |
2 filamenti identici di DNA |
|
Trascrizione |
Nucleo |
Usa un filamento di DNA per costruire una molecola di m RNA |
DNA |
mRNA |
|
Traduzione |
Citoplasma |
Usa m RNA per costruire una catena di amminoacidi |
mRNA t RNA (e amminoacidi) |
Catena di aminoacidi (proteine) |
Se vuoi saperne di più sulle celle, dai un'occhiata a questi post del blog VB correlati:
- Anatomia e fisiologia: parti di una cellula umana
- Minuscolo trasporto: trasporto passivo vs. attivo nelle celle
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Fonti aggiuntive:
- Crash Course Biology # 10: struttura e replicazione del DNA
- Crash Course Biology #11: DNA, tasche calde e la parola più lunga di sempre
- Saladino (2015). Anatomia e fisiologia: l'unità di forma e funzione. 7a ed.
Qual è la differenza tra la trascrizione della replica e la traduzione
Differenze. La replicazione del DNA avviene in preparazione alla divisione cellulare, mentre la trascrizione avviene in preparazione alla traduzione delle proteine.
Quali sono i 3 processi del dogma centrale
Qual è il 'Dogma centrale'?
- Dal DNA esistente per creare nuovo DNA (replicazione del DNA ? )
- Dal DNA per creare nuovo RNA (trascrizione)
- Dall'RNA per creare nuove proteine (traduzione).
Cosa viene prima replica o trascrizione
Formazione di RNA pre-messaggero
Il meccanismo di trascrizione ha paralleli con quello della replicazione del DNA. Come per la replicazione del DNA, prima che possa aver luogo la trascrizione deve avvenire un parziale svolgimento della doppia elica e sono gli enzimi RNA polimerasi che catalizzano questo processo.
È la trascrizione o la traduzione della replicazione del DNA
La replicazione del DNA crea due nuovi filamenti di DNA da un filamento di DNA. La trascrizione produce RNA da un modello di DNA. La traduzione collega insieme gli amminoacidi per produrre proteine da un modello di RNA.