Struttura e scoperta del DNA: dalle basi ai modelli di Watson e Crick

Gli acidi nucleici – DNA ed RNA - sono lunghe catene costituite da nucleotidi. Ogni monomero di acido nucleico è costituito da tre parti:

1. Uno zucchero pentoso (a 5 atomi di carbonio); il deossiribosio per il DNA e il ribosio per l’RNA;

2. Una base azotata (detta in questo modo perché la struttura ad anelli è determinata proprio dall’azoto);

3. Un gruppo fosfato che si lega al carbonio 5’ dello zucchero.

Ogni nucleotide si lega all’altro mediante legami zucchero-fosfato, poiché il gruppo ossidrile del carbonio 3’ dello zucchero si lega al fosfato 5’ del nucleotide successivo (legame 3’-5’ fosfodiesterico).

Un filamento di DNA o RNA contiene 4 differenti nucleotidi che si differenziano per la loro base azotata.

Basi Guanina adenina

Basi Citosina Timina/Uracile (RNA)

Le basi puriniche sono formate da un doppio anello, mentre quelle pirimidiniche solo da un anello. Ciò che differenzia la timina dall’uracile, è che la timina possiede un gruppo metilico unito all’anello.

Differenze tra nucleotidi e nucleosidi

Si distinguono nucleotidi e nucleosidi. La differenza fra i due è che al nucleoside manca il gruppo fosfato, mentre il nucleotide lo possiede. Facciamo un esempio con l’uracile:

• Nucleoside – uridina

• Nucleotide – uridina 5’ monofosfato

L’RNA ha una struttura semi elicoidale a singolo filamento e meno ordinata di quella del DNA. Le strutture si ordinano e si compattano quando le basi hanno la possibilità di fare legami a ponte idrogeno.

Regola di Chargaff e accoppiamento basi

Chargaff, utilizzando la cromatografia su carta per studiare i nucleotidi, fece delle particolari osservazioni che poi raccolse nella cosiddetta regola di Chargaff:

1. Le basi non sono presenti nella stessa percentuale, ma in base alla specie in esame sono presenti in quantità variabili, ma sempre in proporzioni fisse.

2. L’ordine specifico dei nucleotidi stabilisce la specificità genomica.

3. Le basi si accoppiano in modo non casuale, determinando le coppie Guanina – citosina (3 legami a idrogeno) e Adenina – timina/uracile (due legami a idrogeno).

4. Indipendentemente dalla specie biologica, il rapporto tra purine e pirimidine sta 1:1.

Modello del DNA di Watson e Crick

Watson e Crick vinsero il premio Nobel nel 1957 costruendo un modello del DNA a doppia elica sfruttando le conoscenze elaborate precedentemente da Chargaff. Provando diverse combinazioni, arrivarono alla conclusione che le basi si accoppiavano secondo il vincolo dei legami ad H che potevano fare. Come detto prima, quindi, 3 per guanina e citosina e 2 per adenina e timina/uracile.

Dunque stabilirono che il DNA è formato da una doppia elica di zuccheri fosforilati all’esterno della struttura e dalle basi ripiegate all’interno di questa.