Introduzione - le malattie genetiche ereditarie

INTRODUZIONE - LE MALATTIE GENETICHE EREDITARIE

-il DNA

Il DNA costituisce il materiale ereditario della cellula. L'acido deossiribonucleico (DNA) è costituito da una lunga catena di nucleotidi, ogni nucleotide è formato da una base azotata, dallo zucchero deossiribosio e da un gruppo fosfato. Vi sono due tipi di basi azotate: le purine, che presentano una struttura a due anelli e le pirimidina, che hanno un solo anello. Nel DNA vi sono due tipi di purine, l'adenina (A) e la guanina (G), e due tipi di pirimidine, la citosina (C) e la timina  (T). Riunendo i vari dati Watson e Crick dedussero che il DNA è una doppia elica molto lunga e spiralizzata, inoltre trovarono un importante vincolo legato alla sua conformazione, scoprirono infatti che; non solo le purine non potevano appaiarsi con altre purine, e le pirimidine con altre pirimidine, ma anche che, a causa della struttura delle basi azotate, l'adenina poteva appaiarsi soltanto con la timina mediante due legami a idrogeno e la guanina soltanto con la citosina, formando tre legami a idrogeno. Le basi appaiate erano complementari.

Ognuno dei due filamenti ha una direzione, ciascun gruppo fosfato è attaccato a una molecola di zucchero in posizione 5' e a un'altra molecola di zucchero in posizione 3', ogni filamento ha perciò un'estremità 5' e una 3'. All'interno della doppia elica i due filamenti corrono in senso opposto, vengono perciò definiti antiparalleli. Lungo una catena i nucleotidi possono disporsi in un ordine qualunque, ma la loro sequenza determinerà l'ordine dei nucleotidi dell'altra catena, in quanto le basi azotate sono complementari.

-duplicazione del DNA

La duplicazione del DNA è un processo che si verifica una sola volta a ogni generazione cellulare, durante la fase S del ciclo cellulare. Nella maggior parte delle cellule eucariote la duplicazione del Dna è seguita da mitosi, mentre nelle cellule che danno origine ai gameti viene seguita dalla meiosi. Essa è semiconservativa, cioè da una molecola di DNA ne otteniamo due aventi ciascuna una catena polinucleotidica parentale (quella originale) ed una catena di nuova sintesi. Per la sintesi del DNA occorrono:

stampo di DNA

nucleotidi

enzima Dna Polimerasi

ATP/NADH (come energia)

Delle due catene di DNA una è il filamento Leader o veloce, cioè che viene copiato velocemente dall'enzima, l'altra catena invece è il filamento lento. La DNA Polimerasi sa leggere solo in direzione 5' 3'. Per la duplicazione all'inizio occorre un enzima che si chiama DNA Elicasi, la cui funzione è quella di aprire la doppia catena del DNA, dopodichè entra in gioco l'enzima Primasi ( si tratta di un enzima che deve fabbricare un Primer di RNA). La DNA Polimerasi ha bisogno di un innesco (Primer) perché non sa dove cominciare a leggere. Quando si arriva a copiare il filamento lento questo viene copiato sotto forma di frammenti detti "frammenti di Okazaki"; siccome ci sono dei vuoti tra un frammento e l'altro, entra in gioco un quarto enzima che si chiama DNA Ligasi aventete la funzione di riempire i vuoti. Alla fine della duplicazionedeve essere rimosso il Primer che viene sostituito dalla DNA Polimerasi.

-il ruolo dell'RNA

Il Dna è il codice che contiene le istruzioni della struttura e della funzione biologica, queste istruzioni sono eseguite dalle proteine. La sequenza lineare degli amminoacidi di una catena polipeptidica determina la struttura tridimensionale dell'intera proteina, ed è questa struttura che determina la sua funzione. Ma come fa la successione delle basi azotate a determinare la sequenza degli amminoacidi di una proteina? La risposta è nell' acido ribonucleico (RNA), una sostanza chimicamente simile al DNA. Vi sono tre differenze principali tra l'RNA e il DNA:

nei nucleotidi dell'RNA lo zucchero è il ribosio e non il deossiribosio;

la base azotata timina, che si trova nel DNA, non è presente nell'RNA; al suo posto l'RNA contiene una pirimidina molto simile, l'uracile (U) che, come la timina, si appaia solo con l'adenina;

la maggior parte dell'RNA è composto da un filamento singolo.

Tre tipi di RNA agiscono come intermediari nei processi che, partendo dal DNA, portano alle proteine, ma al momento ne descriverò soltanto uno: l'RNA messaggero.

Le molecole di RNA messaggero sono copie (trascrizioni) di sequenze nucleotidiche codificate nel DNA. A differenza del DNA, tuttavia, le molecole di RNA hanno in genere un solo filamento. Ogni nuova molecola di mRNA viene copiata, o trascritta, da uno dei due filamenti del DNA con lo stesso principio dell'accoppiamento delle basi che regola la duplicazione del DNA.

Come un filamento di DNA, ogni molecola di RNA ha un'estremità 5' e una 3'. I nucleotidi, che sono presenti nella cellula come trifosfati, si aggiungono, uno alla volta alla catena di RNA in formazione a partire dall'estremità 3'. Il processo conosciuto come trascrizione, è catalizzato dall'enzima RNa Polimerasi; questo si muove in direzione 3' 5' lungo il filamento stampo del DNA, sintetizzando un nuovo filamento complementare di nucleotidi in direzione da 5' 3'. Il DNA è la copia matrice dell'informazione  genetica, costantemente a disposizione sui cromosomi. L'RNA messaggero, invece, è la copia di lavoro dell'informazione genetica; acquisendo le istruzioni codificate nella molecola di Dna, l'mRNA detta la sequenza di amminoacidi che caratterizza le proteine. Quando il suo compito è terminato, l'mRNA si scompone nei nucleotidi che lo costituiscono, i quali poi saranno di nuovo disponibili per la sintesi di altre molecole di mRNA.

-il codice genetico

Le proteine contengono 20  amminoacidi differenti, mentre il DNA e l'RNA solo quattro diversi nucleotidi. Se ciascun nucleotide << codificasse>> per un amminoacido le quattro basi potrebbero determinare solo quattro amminoacidi; Se un amminoacido corrispondesse a due nucleotidi, ci sarebbe un massimo di 4x4 = 16 combinazioni possibili; perciò ogni amminoacido deve essere determinato da almeno tre nucleotidi in sequenza; in questo modo si hanno 4x4x4= 64 combinazioni possibili, o codoni. Delle 64 possibili combinazioni di triplette, 61 determinano amminoacidi e tre sono segnali di arresto. Essendoci 61 combinazioni codificanti per solo 20 amminoacidi, è chiaro che molti amminoacidi devono avere più di un codone , questo è un sistema di protezione dalle mutazioni.

-i cromosomi

Il DNA è avvolto a formare i cromosomi, visibili al microscopio come strutture simili a bastoncini. Normalmente, ciascuna cellula umana possiede 46 cromosomi, di cui 23 sono ereditati dalla madre, 23 dal padre.

Questo è il nostro corredo cromosomico:

2 cromosomi sessuali: il cromosoma X e il cromosoma Y. Le femmine possiedono due copie dell'X (XX) i maschi possiedono un cromosoma X e un cromosoma Y (XY). Il cromosoma Y è sempre di origine paterna.

22 coppie di cromosomi non sessuali, detti autosomi, uguali a due a due.

Questo fa sì che ciascun gene dell'organismo sia presente in due copie, una di origine materna e l'altra di origina paterna. Ognuna delle due copie è detta allele.

Non sempre gli alleli sono uguali fra loro, anzi molto spesso presentano delle differenze. Gli alleli sono quindi versioni diverse dello stesso gene. Fanno eccezione i geni contenuti nel cromosoma X e Y, che sono presenti in una sola copia nel maschio, in due copie nella femmina.

Il cariotipo è l'insieme del corredo cromosomico di un individuo.

-i geni

All'interno di ciascun cromosoma si trovano migliaia di geni. Ognuno è un segmento di DNA che contiene le istruzioni per fabbricare una proteina. I geni sono le unità funzionali del patrimonio genetico: se paragoniamo il genoma ad una enciclopedia, ogni gene rappresenta una singola frase.

Si stima che nel genoma umano esistano 30-40mila geni. Curiosamente, i geni rappresentano solo il 2 % circa di tutto il DNA umano. La maggior parte del DNA non codifica per alcuna proteina, e la sua funzione non è ancora del tutto chiara.