Acidi nucleici

Eteropolimeri e la conformazione delle macromolecole biologiche

Si tratta di eteropolimeri. La conformazione delle macromolecole biologiche è importante. Adottano spontaneamente una precisa conformazione nativa.

Acidi nucleici

Gli acidi nucleici sono di due tipi:

• Ribonucleici (RNA)
• Deossiribonucleici (DNA)

Sono molto simili, e in entrambi i casi sono eteropolimeri, le cui unità monomeriche sono residui ribonucleotidici (RNA) e deossiribonucleotidici (DNA). La differenza principale è l'assenza di un gruppo ossidrilico nel DNA, dichiarata dalla presenza del prefisso "deossi-".

Gli acidi nucleici sono i depositari dell'informazione genetica. La loro funzione generale è anche nella trasmissione genetica. Nello svolgere questa funzione, è importante la loro struttura covalente, ma anche il modo in cui sono disposti, in particolare la conformazione, che è alla base della trasmissione genetica sia nella discendenza biologica, sia nel passaggio dai geni alle proteine codificate.

DNA

Risultano presenti una o più specie di DNA. La sua funzione è quella di dirigere la sintesi di altre macromolecole e di trasmettere questa informazione alle cellule figlie. Le molecole di DNA, nella maggior parte dei casi, hanno due catene.

RNA

Per l'RNA, esistono migliaia di specie diverse all'interno di un organismo. In generale, hanno una struttura a singolo filamento.

Le tre principali categorie di RNA

• RNA ribosomali: formano i ribosomi, strutture formate da essi e proteine, che associandosi danno ribosomi, che funzionano da catalizzatori per la sintesi delle proteine, sintetizzate a dare una sequenza polipeptidica determinata dall'informazione genetica, che è fornita a sua volta da un altro gruppo di RNA.
• RNA messaggeri: veicolano l'informazione genetica dal gene, costituito da DNA, fino ai ribosomi, dove viene "letta" e usata.
• RNA transfer: biomolecole adattatrici che fanno da adattatori da mRNA agli amminoacidi nella sintesi proteica. Sono importanti per accoppiare l'informazione tra mRNA e amminoacidi.

Scoperte storiche

• 1869: Friedrich Miescher identifica una nuova sostanza ricca in fosforo nel nucleo dei leucociti che chiama nucleina.
• 1919: Phoebus Levene stabilisce la struttura covalente di DNA e RNA, formulando il "modello polinucleotidico di Levene" degli acidi nucleici.
• 1944: Oswald Avery dimostra che i geni sono costituiti da DNA.
• 1950: Erwin Chargaff scopre che il DNA di specie biologiche diverse presenta diversa composizione in basi, ma rispetta sempre le "regole di Chargaff", ovvero il contenuto molare in A+G equivale a quello in T+C. Più precisamente, A=T e G=C.
• 1953: Francis Crick e James Watson, sulla base degli studi cristallografici di Rosalind Franklin e Maurice Wilkins e delle tecniche di modellistica molecolare sviluppate da Linus Pauling, formulano il modello a doppia elica del DNA.

La struttura covalente

Si tratta di polimeri. Si può individuare uno scheletro principale, dato da una successione di elementi ripetuti identici: un gruppo fosfato e un residuo di ribosio, zucchero a 5 atomi di carbonio, che si ripete tante volte quanti sono i residui nucleotidici. Legati alla catena ci sono gruppi laterali indicati come basi azotate. Sono residui eterociclici aromatici con debole carattere acido.

Le strutture di DNA e RNA sono simili, e la differenza principale è la presenza di un gruppo ossidrilico in RNA, che manca nel DNA, il quale ha solo un idrogeno. La presenza del gruppo fosfato fa sì che, in corrispondenza di ogni residuo, ci sia una parziale carica negativa; sono quindi polielettroliti.

I residui

I residui sono formati da tre porzioni:

• Zucchero a 5 atomi di carbonio, il ribosio (RNA) o deossiribosio (DNA).
• Gruppo fosfato, in realtà il fosfato è esterificato con l'ossidrile 5’ di un'unità ripetitiva e con l'ossidrile 3’ del residuo successivo.
• La base azotata è legata sempre al carbonio 1 attraverso un legame glicosidico, ed è la porzione che differisce tra i residui.

Le basi azotate

Ne esistono in ogni tipo di acido nucleico, ne esistono 4 principali, anche se in tutto sono 5 perché una è presente soprattutto nel DNA e un'altra è assente nel DNA, ma presente nell'RNA: adenina, guanina, timina, citosina e uracile. DNA e RNA si distinguono per il fatto che il DNA può contenere timina, mentre è assente e sostituita dall'uracile nell'RNA. Sono composti eterociclici aromatici, contenenti anche azoto, e possono essere suddivise in due gruppi.