I cromosomi e il DNA

Di Micaela Bonito.

Lo studio dei cromosomi e la formazione del DNA. Cos'è il codice genetico e quali le caratteristiche

Argomenti trattati: I cromosomi - Il DNA e il codice genetico

I cromosomi

La cromatina venne scoperta nel 1879 da Flemming, grazie a coloranti basici. Più tardi vennero

Il DNA
Il DNA

scoperti anche i cromosomi. Cromatina e cromosomi sono due stati morfologici diversi delle stesse entità funzionali (DNA e proteine): il 1° stato (cromatina) è caratteristico dell'interfase, il 2° (cromosoma) invece della mitosi.

Essi possono essere ben studiati quando sono condensati, specialmente durante la metafase della mitosi.
Ogni cromosoma è formato da molecole costanti come il DNA, quasi sempre associato a particolari proteine dette istoni, e da biomolecole transitorie come RNA, ...⇒ ogni cromosoma è un'entità cellulare in equilibrio dinamico.
I cromosomi sono i responsabili dello stoccaggio, trasmissione e espressione del codice genetico, infatti il depositario dell'informazione genetica è il DNA.
I cromosomi presentano numero e caratteri morfologici individuali, costanti in tutte le cellule dello stesso organismo e in tutti gli organismi di una stessa specie.

Il DNA si avvolge attorno agli istoni (5 forme fondamentali: H1, H2A, H2B, H3, H4), che formano un ottamero (due H4 combinati con due H3 che formano un tetramero affiancato da due dimeri H2A e H2B) Ogni molecola di istone protrude una coda, pronta a interagire con le altre molecole.
L’istone H1 contribuisce a legare il DNA alla fibrilla centrale.

L’insieme forma un nucleosoma.
Il nucleosoma è l'unità strutturale della cromatina, responsabile della sua condensazione. L'insieme di molti nucleosomi forma la fibra nucleosomica. Essa può avere struttura a solenoide (6 nucleosomi per

avvolgimento) o a nastro elicoidale (i nucleosomi formano una doppia elica a zigzag ⇒ supercoiling).
Due nucleosomi consecutivi sono separati da una regione (80 pb), chiamata DNA linker.
Il DNA compie 2 giri attorno a ogni ottamero, e i nucleosomi sono legati da molecole di istone H1, che sono più grandi delle altre e interagiscono tra loro, aumentando la condensazione.
Inoltre ogni istone può presentare varie isoforme, codificate da geni diversi: questo ha sicuramente partecipato alla regolazione dell'espressione del genoma (in particolare la coda di H4 ha facilitato la trascrizione di geni, altre parti invece la repressione di altri geni).
La compattazione della cromatina procede in diverse tappe: innanzitutto il DNA viene costituito in nucleosoma, viene poi incorporato l'istone H1.
A questo punto inizia la condensazione progressiva della cromatina ⇒ formazione di una rete interstiziale proteica.

Infine si costituisce una vera membrana nucleare.
Per definire la topografia e la disposizione dei geni nei cromosoma si ricorre all'elaborazione di mappe cromosomiche:
1) Analisi d'associazione (linkage) dei geni: determinando la frequenza con cui diverse forme di 2 caratteri vengono ereditati, o confrontando le sequenze di basi di regioni corrispondenti in diversi individui.
2) Stesura di mappe fisiche: si isola il DNA e lo si taglia in vari frammenti, si effettuano poi copie per clonazione( metodo non selettivo per ottenere tratti molto lunghi), estraendo i cloni più interessanti.
3) Analisi tramite P.C.R. (Polymerase Chain Reaction): è un sistema in vitro per sintetizzare o amplificare selettivamente milioni di copie di un breve tratto del DNA.



Il DNA e il codice genetico


Il genoma umano è formato da 46 molecole a doppia elica di DNA (6 pg), ogni molecola in media è formata da 130 milioni di pb lineari, ognuna supportata da uno zucchero (desossiribosio) e da un fosfato. Ciascuna si avvolge attorno agli istoni a formare il cromosoma. Nell'insieme il genoma contiene 6 x 109 pb.
La molecola di DNA è un polimero i cui monomeri sono i nucleotidi.
Un nucleotide è formato da un gruppo fosfato che lega uno zucchero pentoso (ribosio o desossiribosio), il quale a sua volta lega una base azotata.
Lo zucchero si lega col C1 alla base azotata, col C3 al fosfato sotto e col C5 al fosfato sopra.
Le due catene sono tenute assieme da ponti-H, per certe restrizioni spaziali imposte dalla struttura a doppia elica, sono possibili solo due tipi di associazioni complementari tramite ponte-H: tra Adenina e Timina (A-T) con 2 ponti, o tra Citosina e Guanina (C-G) con 3 ponti. A e G sono purine (2 anelli), C, T e U sono pirimidine (1 anello). I nucleotidi in una molecola seguono una sequenza rigorosa: quelli dell'elica sorella sono complementari.
Il programma per sintetizzare le proteine è codificato nella sequenza nucleotidica del DNA. Visto che i nucleotidi sono 4 (A, T, C, G), mentre gli aa 20, un nucleotide non basta per identificare un aa (4 comb. possibili), e nemmeno 2 (16 comb.).
Il minimo è di 3 nucleotidi per 1 aa. A ogni tripletta di nucleotidi corrisponde un aa: essa costituisce un'unità di codice o codone. Il codice viene detto degenerato, poiché più codoni identificano lo stesso aa (principio della ridondanza).
Ci sono 3 codoni di non senso (UAA, UAG, UGA), che non identificano nessun aa, ma rappresentano un segnale di termine della catena polipeptidica.

Caratteristiche del codice:
- arbitrarietà (nessuna somiglianza tra aa e basi)
- universalità (uguale per tutti gli organismi)