Chimica

Acidi Nucleici

Sono polimeri costituiti da monomeri detti nucleotidi, deputati alla

conservazione e trasmissione dell’informazione genetica.

Gli acidi nucleici comprendono:

• DNA, che contiene l’informazione genetica per dirigere i

processi vitali e che viene trasmesso da una generazione all’altra.

• RNA, invece, è la molecola che si occupa della traduzione in

proteine dell’informazione contenuta nel DNA.

Il DNA, chiamato acido desossiribonucleico, è un polimero

costituito da nucleotidi.

Ha una struttura a doppia elica formata da due lamenti

appaiati. La molecola è paragonabile a una scala a pioli in cui

gli scalini sono costituiti da coppie di basi azotate, mentre i

montanti sono formati dall’alternanza di zucchero e gruppo

fosfato.

I due lamenti sono detti antiparalleli perché uno va in

direzione 5’ 3’ e l’altro 3’ 5’.

→ →

Sono detti anche complementari perché le basi si legano

secondo la regola della complementarietà: quando si

uniscono, una purina si lega a una pirimidina e viceversa.

Ogni lamento è una catena di monomeri, i nucleotidi.

Ogni nucleotide è formato da uno zucchero con 5 atomi di

carbonio chiamato desossiribosio, perché manca un ossigeno

al carbonio 2’, da una base azotata e da un gruppo fosfato.

Com’è legato il fosfato allo zucchero?

C’è un legame chiamato fosfodiesterico (legame covalente molto

forte). Il fosfato sul carbonio 5’ di un nucleotide si lega al gruppo

ossidrile (–OH) sul carbonio 3’ del nucleotide successivo.

Le basi come sono legate allo zucchero?

Il legame tra la base e il desossiribosio si chiama glicosidico:

l’azoto in posizione 1 delle pirimidine o l’azoto in posizione 9 delle

purine si lega al carbonio 1’ dello zucchero.

fi fi fi

Il legame tra le basi è più debole (rappresentato con tratteggi) e si

chiama legame a idrogeno:

• l’adenina si lega alla timina attraverso 2 legami a idrogeno;

• la citosina si lega alla guanina con 3 legami a idrogeno.

La di erenza tra purine e pirimidine sta nella costruzione

dell’anello:

• le purine (adenina e guanina) hanno un doppio anello;

• le pirimidine (timina, citosina e uracile) hanno un singolo anello.

Il DNA è stato studiato grazie al contributo di Rosalind Franklin,

anche se il Premio Nobel fu assegnato a James Watson e Francis

Crick.

L’RNA, chiamato acido ribonucleico, a di erenza del DNA è

formato da un singolo lamento. Lo zucchero del nucleotide è il

ribosio e, invece della timina, è presente l’uracile come base

azotata. RNA:

Esistono diversi tipi di

• RNA messaggero (mRNA): copia e trasporta l’informazione

genetica.

• RNA di trasporto (tRNA): trasporta gli amminoacidi durante la

sintesi proteica.

• RNA ribosomiale (rRNA): è il principale costituente dei

ribosomi, l’organello dove avviene la sintesi proteica.

Il codice genetico

Può essere inteso come l’insieme delle regole con le quali viene

tradotta nelle cellule l’informazione per la sintesi delle proteine.

L’informazione scritta nei geni del DNA viene utilizzata per operare

la sintesi di tutte le proteine.

Poiché ci sono 4 basi, il DNA viene letto a gruppi di 3 basi,

chiamate triplette o codoni, e ogni codone speci ca un

amminoacido.

Ci sono 64 combinazioni di codoni, su cienti per speci care i 20

amminoacidi.

• 61 di queste 64 combinazioni speci cano un amminoacido.

ff fi ffi fi ff fi fi

• 3 indicano l’arresto della sintesi (codoni di stop): UAA, UAG,

UGA.

Il codice genetico è:

• Universale tutti gli organismi utilizzano praticamente

→

lo stesso codice genetico.

• Non ambiguo ogni codone codi ca per un solo

→

amminoacido.

• Ridondante (o degenerato) uno stesso amminoacido

→

può essere codi cato da più codoni diversi.

Il codone che inizia la sintesi proteica è AUG, che speci ca la

metionina.

La doppia elica del DNA è ripiegata più volte su se stessa ed è

associata a proteine chiamate istoni (in gruppi di otto). In questo

modo il DNA può compattarsi in uno spazio molto piccolo

all’interno del nucleo della cellula eucariotica. L’unione di DNA e

istoni forma la cromatina; prima della divisione cellulare, i lamenti

di cromatina si spiralizzano ulteriormente e diventano visibili sotto

forma di cromosomi (struttura a X), osservabili durante la fase di

metafase. Nel cariotipo umano sono presenti 46 cromosomi.

Nelle cellule procariotiche il nucleo non è presente. L’informazione

genetica si trova in una regione del citoplasma chiamata nucleoide.

In queste cellule la trascrizione avviene direttamente nel citoplasma

e può avvenire contemporaneamente alla traduzione, che si svolge

a livello dei ribosomi.

Secondo il dogma centrale della biologia, l’informazione genetica

contenuta nel DNA passa all’RNA e viene poi convertita in proteine.

L’espressione genica comprende due processi principali:

trascrizione e traduzione, che insieme costituiscono la sintesi

proteica.

La duplicazione del DNA

fi fi fi fi

La replicazione del DNA è un processo semiconservativo, cioè ogni

nuova molecola di DNA contiene un lamento originale e uno di

nuova sintesi. La duplicazione avviene durante la fase S del ciclo

cellulare e si veri ca ogni volta che la cellula si divide, sia per mitosi

sia per meiosi. Questo processo è rapido e molto preciso.

Durante la duplicazione, i due lamenti del DNA si separano nel

punto di origine grazie all’enzima elicasi, che rompe i legami a

idrogeno tra le basi. In corrispondenza di questi punti, i lamenti si

allontanano formando una bolla di duplicazione che si propaga in

entrambe le direzioni. Entrambi i lamenti fungono da stampo per

la sintesi di un nuovo lamento.

L’enzima principale della duplicazione è la DNA polimerasi, che

sintetizza il DNA in direzione 5’ 3’. Man mano che l’elicasi

→

avanza, la forcella di replicazione si apre, separando i due lamenti

di DNA. Su ciascun lamento interviene l’enzima primasi, che

sintetizza un primer di RNA, sul quale si lega la DNA polimerasi per

aggiungere i nucleotidi complementari e sintetizzare il nuovo

lamento.

Sul lamento veloce (leading strand), l’allungamento avviene in

modo continuo, seguendo l’apertura della forcella di replicazione.

Sul lamento lento (lagging strand), la sintesi avviene in modo

discontinuo: la DNA polimerasi sintetizza brevi segmenti chiamati

frammenti di Okazaki mentre l’elicasi avanza.

Al termine della duplicazione, i primer di RNA vengono rimossi e

sostituiti con DNA; l’enzima ligasi unisce i frammenti tramite legami

fosfodiesterici. La DNA polimerasi possiede anche la funzione di

proofreading (“correzione di bozze”), che le permette di leggere le

sequenze e rimuovere eventuali nucleotidi che non sono stati

appaiati correttamente

LA SINTESI PROTEICA

La sintesi proteica è il processo attraverso cui l’informazione

contenuta nel DNA viene utilizzata per produrre una proteina e si

divide in due fasi: trascrizione e traduzione.

fi fi

fi fi fi fi fi fi fi fi fi

La trascrizione avviene nel nucleo. L’enzima coinvolto è l’RNA

polimerasi, che si lega a una speci ca sequenza del DNA chiamata

promotore. Una volta formato il complesso di trascrizione, l’enzima

separa i due lamenti rompendo i legami a idrogeno e utilizza uno

dei due come lamento stampo. Durante la fase di allungamento

l’RNA polimerasi scorre sul lamento stampo in direzione 3’-5’ e

sintetizza una molecola di RNA complementare in direzione 5’-3’.

Quando raggiunge una sequenza detta sito di terminazione, la

trascrizione si arresta, l’enzima si stacca e l’RNA prodotto viene

liberato.

Negli eucarioti l’RNA messaggero prima di uscire dal nucleo deve

subire una maturazione. I geni infatti sono costituiti da esoni, che

sono le sequenze codi canti, e introni, che sono sequenze non

codi canti. Gli introni vengono eliminati attraverso un processo

chiamato splicing, svolto da un complesso di enzimi detto

spliceosoma, che permette di unire tra loro gli esoni. Inoltre

all’estremità 5’ viene aggiunto un cappuccio di guanosina

(capping), che protegge l’RNA e ne permette l’uscita dal nucleo, e

all’estremità 3’ viene aggiunta una coda poli-A che aumenta

stabilità e durata della molecola. Solo dopo queste modi che

l’RNA messaggero maturo può raggiungere il citoplasma.

Traduzione

Il trascritto deve arrivare al livello dei ribosomi che devono tradurre

questo messaggio in proteine.

- Il primo amminoacido (elemento costituitivo delle proteine)

portato è la metionina.

- I ribosomi sono gli organuli convolti nella sintesi proteica. Formati

da RRNA e proteine questi sono composti da 2 parti, una

sub.maggiore e una minore che si uniscono solo quando

La traduzione avviene in 3 fasi

Fase di inizio allungamento e termine

Avviene a livello dei ribosomi<