Una fabbrica che assume migliaia di operai
Questo articolo è ispirato da una riflessione fatta dal nostro amico Gaetano
Il DNA è il depositario dell’informazioni genetiche, ovvero è il libretto di istruzioni con il quale si costruisce l’intero essere vivente. Esso è costituto da due filamenti che si avvolgono l’un l’altro. Ogni filamento è una sequenza di nucleotidi, ovvero i mattoni di base. Abbiamo quattro diversi nucleotidi, ognuno dei quali costituito da una base azotata differente (molecole contenenti azoto). Le basi sono adenina(A), guanina(G), timina(T) e citosina(C).
In sostanza le sequenze di DNA si indicano appunto come una sequenza di basi azotate.
Consideriamo un solo filamento. Nella sequenza di nucleotidi del filamento ci sono piccole sequenze chiamate geni e sono proprio loro a esser il libretto di istruzioni per i componenti del vivente.
-----gene1-----gene2-----gene3-----gene4----
Come vengono usati questi geni?
Lo scopo del gene è costruire il prodotto finale, la catena polipeptidica dalle quali si otterranno le proteine.
La proteina è costituita da una o più catene polipeptidiche che sono in pratica sequenze di amminoacidi. Quindi l’insieme di amminoacidi costituiscono le catene, le quali formano la proteina finale.
Si parte dal gene, che è una sequenza di nucleotidi, per arrivare alla sequenza polipeptidica, che è una sequenza di amminoacidi. Si deve passare da un linguaggio a un altro. Questo passaggio è aiutato da un intermediario, l’RNA (Questo processo è stato descritto nel precedente articolo: la molecola della vita).
Nel gene, le istruzioni per un amminoacido sono racchiuse in sequenze di 3 basi azotate, le cosidette triplette o, specificatamente chiamate CODONI.
Si dice che una tripletta codifica per un amminoacido.
Prendendo in considerazione la tabella sottostante, facciamo un esempio.
Prima base della tripletta: A. Seconda base: T. Terza base:G TRIPLETTA: ATG.
La prima base è A. Prendiamo in considerazione la riga della prima base A, considerando le basi segnate sulla colonna denominata “prima base”.
La seconda base è T, per cui consideriamo la colonna della lettera T relativa alla seconda base. Incrociamo per ora la riga della prima base scelta con la colonna della seconda base scelta. Tenendo presente l’area di intersezione, consideriamo la terza base, cioè G, selezionandola dalla colonna “terza base”, e consideriamo la riga relativa. Completiamo l’intersezione ed esce la tripletta ATG relativa alla metionina.
Più di una tripletta può codificare per un amminoacido. Le probabilità della sua costruzione in questo modo aumentano.
Perché proprio triplette di basi azotate e non coppie per esempio?
È una questione di combinazioni matematiche. Abbiamo 20 amminoacidi per costruire le proteine e solo 4 basi azotate.
Appare chiaro che non possono bastare le basi, prese singolarmente, a costruire 20 amminoacidi. Se seguissimo tale regola otterremmo solo 4 combinazioni che non bastano per raggiungere quota 20.
Non bastano combinazioni a coppia. Ci sarebbero infatti solo 16 coppie, ancora insufficienti (4 x 4 = 16).
Le triplette invece sono 64 (4 x 4 x 4= 64). La natura ha creato 61 triplette per codificare i 20 amminoacidi. Una tripletta ATG che codifica per l’amminoacido metionina rappresenta anche il cosidetto codone d’inizio. È una speciale tripletta poiché tale codone rappresenta il punto di inizio per la sintesi di qualsiasi catena di amminoacidi. È in pratica l’estremità iniziale lungo la quale comincia la sintesi della catena.
Tre triplette costituiscono i codoni di stop ovvero l’altra estremità del gene oltre la quale il gene non codifica amminoacidi.
Si creano le catene polipeptidiche. Questo tipo di catene si ripiegano su se stesse formando una sorta di groviglio la cui forma dipende dalla natura degli amminoacidi coinvolti. Anche un solo amminoacido diverso può determinare una forma diversa di tale groviglio e anche un solo amminoacido può determinare il mancato funzionamento di una catena, potrebbe pregiudicare il legame con altre molecole o potrebbe cambiare addirittura il ruolo per cui era stata progettata all’inizio. In sostanza la mutazione anche di un solo amminoacido può apportare modifiche importanti sull’assetto e la funzione di una proteina.
La natura chimico – fisica degli amminoacidi o la natura chimico – fisica anche di piccoli tratti della catena polipeptidica determina il tipo di conformazione che la catena di amminoacidi può assumere.
Fermiamoci un attimo e facciamo il punto.
Un amminoacido può essere codificato da diverse triplette di nucleotidi, ovvero diversi codoni. Per originare tutti gli amminoacidi ci sono 64 combinazioni tra i vari nucleotidi. 3 in realtà originano il codone di stop descritto sopra.
Appare scontato che potremmo avere un’infinità di catene polipeptidiche dato che sono sequenze di amminoacidi e, avendo 20 amminoacidi a disposizione per crearle e dimensioni variabil,i il loro numero è elevatissimo. La qualità chimico fisica della sequenza determina il suo ripiegamento tridimensionale. Anche la variazione di uno o pochi amminoacidi può determinare un cambio di conformazione che ne determina anche un cambio di funzionamento di tale catena. Poi queste catene si devono associare tra loro e quindi le combinazioni aumentano ancora.
Per aumentare il numero di proteine bisogna ricordare che esse possono legare lipidi e carboidrati. Questi sono davvero tanti e a seconda di chi si lega creano una molecola differente.
Per via delle moltissime possibilità di combinazione di amminoacidi, catene o associazioni con molecole, le proteine finali sono davvero moltissime.
Ci sono 30 mila geni in un uomo e si stimano almeno 100 mila proteine. Tanti operai nella cellula per costruire strutture portanti o svolgere funzioni di trasportatori o magari semplicemente enzimi, grazie ai quali le reazioni chimiche avvengono con più velocità.
Insomma una fabbrica che assume migliaia di dipendenti.
Facciamo un gioco sulla tabella delle triplette.
Ho la tripletta CTC. Una mutazione interviene e cambia l’ultima C in A (citosina al posto dell’adenina). Cosa succede? Anche se la nuova tripletta è CTA rimane lo stesso amminoacido.
Ma il cambio di base cosa ha fatto avvenire? Una mutazione. È un tipo di mutazione, tra le più semplici. In questo caso si tratta però di una mutazione che non influisce sulla natura dell’amminoacido, per cui l’eventuale proteina rimarrà tale e quale.
Cosa voglio far notare? Non sempre le mutazioni provocano cambiamenti decisivi. Ma riprenderemo di sicuro quest’argomento più in là ai fini dell’evoluzione della vita.
(peppe)
14 commenti
grazie come sempre Peppe!
grazie come sempre a te enzo,
spero di essere stato chiaro nei concetti. in sostanza in questo modo dimostriamo che le proteine possono essere veramente numerose e una piccola variazione anche di una sola componente può far cambiare assetto e funzione.
esattamente! bravissimo
Caro Peppe, devo dire che l'alfabeto della vita è davvero straordinario.
Volevo chiederti come funziona il fatto che codoni diversi prendono lo stesso nome: ad esempio AGT e AGC sono denominati entrambi "serina". Se prendono lo stesso nome è perchè devono avere le stesse funzioni ed essere praticamente indistinguibili nella costruzione delle proteine.
Che tu sappia esiste una "preferenza" naturale per una forma piuttosto che per l'altra?
Richard Dawkins scrisse un famoso libro "il gene egoista" che non ho letto ma che sembra far recedere al livello genetico l'impulso evolutivo dapprima assegnato alle specie. In questa ottica (semprechè abbia un senso) è plusibile l'idea che alcuni codoni "parenti" si siano "coalizzati" per la sopravvivenza adottando le stesse funzioni? AGT e AGC hanno in comune due basi su tre (nella stessa posizione) e sono quindi "parenti" abbastanza stretti, se mi passi la terminologia. Oppure, come avviene in natura, uno potrebbe aver sfruttato il successo dell'altro assomigliandogli, come fa il falso ed inoffensivo serpente corallo sfoggiando l'iridescente livrea del vero e velenosissimo serpente corallo.
Perdona l'inadeguatezza delle mie esternazioni.
caro alvy
come hai detto bene ci sono almeno due basi su tre uguali mentre è la terza che varia.
vediamo se riesco a scrivere il concetto in parole povere.
quando parlo che la tripletta codifica per l'amminoacido in realtà c'è implicito un meccanismo di trascrizione del dna in rna e la traduzione del rna nella rispettiva proteina (vedi la molecola della vita, articolo precedente).
ora l'amminoacido serina è codificato dalle triplette AGT e a AGC. dammi per buono questa affermazione successiva: queste triplette vengono trasritte nell'rna e il risultato è che avremo un rna (messaggero) che avrà i complementari di queste triplette. Trascrizione significa infatti costruire un rna a partire dal gene e per farlo si usano le basi azotate complementari a quelle del gene. per cui le triplette AGT e AGC saranno trascritte in UCA e UCG.
ora dobbiamo tradurre il messaggio delle triplette in amminacido (in questo caso la serina). questa serina è legata all'estremità di un altro rna (rna di trasporto). l'altra parte del rna di trasporto ha come sequenza invece AGT e AGC guarda caso le triplette del gene (in ogni caso trattandosi di rna la timina verrà sempre sostituita dall'uracile).
ora quello che mi aspetto è il legame tra l'rna di trasporto e il messaggero per complementarietà delle basi. è stato notato come a determinare il legame siano le prime due basi principalmente, la terza è come se non fosse determinante. è una questione di occupare spazi decisivi al fine di formare il legame. è difficile spiegarlo scrivendolo, lo so.
e poi metti il caso che un amminoacido come l'arginina sia codificato da 4 triplette dove a variare è l'utima base. qualsiasi mutazione subiscano le triplette nell'ultima base, sempre arginina danno. in un certo senso l'arginina è invulnerabile ad eventuali mutazioni in terza posizione.
prometto che spiego meglio il concetto, con più lucidità domattina se non mi son spiegato bene
guarda alvy wikipedia è molto più chiara di me a quest'ora
http://it.wikipedia.org/wiki/Codice_genetico
Ragazzi tutto ciò che concerne il DNA desta in me meraviglia come dice il buon Enzo è il libretto di istruzioni ma non si limita a questo nel libretto c'è codificata anche la durata teorica della vita a meno che non capitano incidenti sottointeso vedi riduzione dei telomeri nella riproduzione del DNA delle cellule questa variazione comporta l'invecchiamento.
Da wikipedia :
Il telomero è la regione terminale del cromosoma, da cui deriva il nome stesso, composta di DNA altamente ripetuto, si pensava fosse una regione non codificante ma recentia scoperte hanno dimostrato che produce trascritti detti TERRA, che si ipotizza siano implicati nella regolazione della telomerasi. Il telomero ha un ruolo determinante nell'evitare la perdita di informazioni durante la duplicazione dei cromosomi, poiché la DNA polimerasi non è in grado di replicare il cromosoma fino alla sua terminazione; se non ci fossero i telomeri la replicazione del DNA comporterebbe dopo ogni replicazione una significativa perdita di informazione genetica. Diversi studi hanno dimostrato che il progressivo accorciamento dei telomeri ad ogni ciclo replicativo sia associato all'invecchiamento cellulare (fase di senescenza).
è vero foscul tuttavia la questione telomeri è una delle teorie più conosciute, ma questo deterioramento si può rallentare grazie a uno stile di vita sano e privo di ansie.
mangiar sano e fare una buona camminata al giorno rallenta tutto e invecchiamo più lentamente..almeno in teoria è cosi. poi nella pratica è tutt'altra cosa
caro Peppe,
che ne dici di questo? Puoi magari commentarlo...?
http://www.ed.ac.uk/news/2015/dna-020415
caro enzo,
gli istoni sono proteine che aiutano il dna ad avvolgersi compattandosi in una struttura chiamata cromatina. per quello che ho capito io, a seconda della loro confomazione scopre i geni che possono dunque essere "accesi o "spenti" quindi possono essere espressi o no. modifiche ambientali e di stile di vita possono influenzare questi istoni e di conseguenza anche l'espressione dei geni e quindi i tratti ereditabili nel corso delle generazioni.
quindi il dna non può spiegare tutta l'ereditarietà ma bisogna tener conto del sistema in cui è immerso.
mah deve essere una scoperta piuttosto recente....conoscevo il fatto che gli istoni avessero un ruolo strutturale e che determinavano la struttura del dna a variare dalle due forme di cromatina.
grazie Peppe! Di sicuro è recente... ma di più nn sò!
caro Peppe,
cosa ne dici di questo?
http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC4366493/
fosse vero?!
La vita è una memoria dell acqua amplificata nel cervello il quale rispecchia la stabilità analemmica del nostro universo..