Concetti base della biologia molecolare

La biologia molecolare è una branca della biologia che si è originata dalla biochimica ma, dopo le scoperte di Watson e Crick, ha preso un’altra strada.

L’oggetto di studio di questa disciplina sono le macromolecole ad alto contenuto informazionale, quindi DNA, RNA, acidi nucleici e proteine. Di tutte queste molecole si studia la struttura ma soprattutto le interazioni.

In pratica l’obiettivo principale della biologia molecolare è capire come il DNA passa l’informazione all’RNA e quali sono i processi che permettono la sintesi proteica. (Leggi i nostri appunti sul dogma della biologia molecolare)

I geni presenti all’interno del DNA daranno origine alle proteine. Oggetto di studio della biologia molecolare è la comprensione dei processi che regolano l’espressione dei geni, tra cui citiamo:

  • Trascrizione;
  • Maturazione del trascritto;
  • Esportazione del trascritto dal nucleo al citoplasma;
  • Traduzione del trascritto;
  • Degradazione del trascritto;
  • Modificazioni del trascritto che alterano la sua stabilità (es. metilazioni di alcune basi, molto studiata è la metilazione dell’adenina).

Il DNA presenta una struttura a doppia elica

Definizione di genoma

Un concetto importantissimo per la biologia molecolare è il concetto di genoma: “ll genoma rappresenta tutto il materiale genetico contenuto in una cellula”.

E’ assolutamente errato dire che il genoma è l’insieme dei geni, perché non tutto il DNA viene trascritto. Il 99% del DNA umano è non codificante, cioè sono sequenze non soggette a trascrizione in RNA oppure sono sequenze introniche che vengono trascritte ma vengono poi rimosse attraverso il processo di splicing (quindi non vengono tradotte).

Tali sequenze risultano prive di funzione, nonostante diverse ipotesi siano state formulate, tanto da essere state indicate in passato con il termine di DNA spazzatura (junk DNA).

I primi studi della biologia molecolare

Inizialmente, intorno agli anni 50, i biologi molecolari utilizzavano i batteri per studiare il DNA perché sono molto facili da coltivare in laboratorio. Questa disciplina ha fatto passi da gigante quando è avvenuta:

  • La purificazione degli enzimi di restrizione;
  • La purificazione di plasmidi (ottenuti dai batteri, che sono i vettori di clonaggio);
  • Il sequenziamento degli acidi nucleici. In pratica si riusciva a isolare il DNA dagli organismi procarioti e si riusciva ad individuare l’ordine esatto dei singoli nucleotidi.

Grazie alla purificazione degli enzimi di restrizione gli studiosi erano in grado di “tagliare” a pezzi la molecola di DNA in punti specifici.

Prima dell’utilizzo di questi enzimi si utilizzavano, per sequenziare il DNA, metodi meccanici e chimici: così, però, la frammentazione era casuale e gli esperimenti non erano riproducibili.

Questo fu un enorme passo in avanti che facilitò lo studio di questa disciplina.

Clonaggio dei frammenti di DNA

Un’altra tecnica molto innovativa fu il clonaggio dei frammenti di DNA.

Schema base del clonaggio
Fonte: Wikipedia

Il clonaggio è un metodo abbastanza semplice: si isola un plasmide da un batterio e si mette ad incubare con un enzima di restrizione che taglia in un solo punto del DNA. Dopo si aggiunge il pezzo di DNA che vogliono clonare, che è stato ottenuto tagliando il DNA con lo stesso enzima di restrizione, e si ottiene un plasmide ibrido.

Leggi i nostri appunti sugli enzimi di restrizione

Il plasmide ibrido viene aggiunto ad una cellula batterica e, con essa, si duplica all’infinito in maniera indipendente dal cromosoma del batterio.

Con questo meccanismo si originano milioni di molecole, del frammento che vogliamo studiare, su cui lavorare.

Leggi anche: clonaggio in PBR
Leggi anche: clonaggio in pUC

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Autore dell'articolo: Admin

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