DNA, RNA e cromosomi

DNA, RNA e cromosomi

Venerdì 14 ottobre 2022 09:38

Il DNA

Nucleotidi: sono piccole unità che costituiscono le grandi macromolecole: gli acidi nucleici; DNA = acido desossiribonucleico = un polimero costituito da nucleotidi. Non è un omo-polimero perché i nucleotidi possono essere diversi tra di loro. Ogni nucleotide è costituito da elementi diversi: costituito da un elemento, uno zucchero: il desossiribosio. Questo zucchero è unito a una base. Base più zucchero forma il nucleoside. Il nucleoside più un gruppo fosfato formano un nucleotide.

Il nucleotide è costituito da una base azotata (adenina, citosina, guanina, timina o uracile nel caso dell'RNA), uno zucchero pentoso (a 5 atomi di carbonio detto desossiribosio per il DNA e ribosio per la molecola di RNA) e un gruppo fosfato. La base è una base azotata, una molecola di zucchero (desossiribosio) e una molecola di acido fosforico che vanno a formare nucleotide. Il nucleotide formerà un legame covalente con un altro nucleotide a formare la struttura portante dell'acido nucleico. Il legame covalente avviene tra gruppo H gruppo fosfato e gruppo H in posizione 3 dello zucchero, si avrà una direzione del legame 5' 3'. Non avviene tra le basi, coinvolge i residui a livello della porzione che andrà a strutturare lo scheletro zucchero fosfato.

La posizione 2 è importante perché distingue il desossiribosio dal ribosio. In seguito a formazione di questo legame fosfodiesterico, che è un legame di condensazione, si ha la liberazione di una molecola d'acqua. In seguito a questa reazione si crea questo scheletro zucchero fosfato, che è ognuna delle due metà della doppia elica. Ognuna dei due scheletri si appaia con l'altra struttura complementare poiché è una molecola a doppio filamento.

Formazione della doppia elica

Come avviene la formazione della doppia elica? Su base 2 principi importanti:

• Le basi sono complementari;
• I filamenti sono antiparalleli (una in direzione 5' 3' e viceversa).

L'appaiamento complementare delle basi è possibile grazie al fatto che le basi sono divisi in due gruppi strutturali affini. Nel DNA ci sono 4 basi diverse:

• Citosina
• Guanina
• Adenina
• Timina

Ognuna di queste basi può essere collocata in due gruppi: purine o pirimidine. Le pirimidine sono la citosina e la timina, le purine sono l'adenina e la guanina. La differenza tra le due è la differenza tra le molecole per grandezza. Per le pirimidine la molecola è più piccola, solo un anello esagonale, mentre nelle purine c'è un anello esagonale associato ad un altro. Lo spazio occupato è quindi differente, è importante che non si associno in modo casuale.

Per far si che il DNA abbia un passo regolare serve che la distanza fra i filamenti sia costante quindi si mettono in associazione solo una purina e una pirimidina, e non due purine o due pirimidine. Sono diverse tra di loro in modo da garantire che questi due filamenti possano mantenere questa distanza costante fra di loro. Una base azotata è legata ad un'altra mediante un legame idrogeno, l'appaiamento complementare non è forte e non deve esserlo. La forza con cui doppia elica è garantita da tanti legami idrogeno tra basi azotate una di seguito all'altra. Si romperanno questi legami idrogeno solo al momento del bisogno, per consentire il disappaiamento dei due filamenti.

Quanti legami idrogeno tengono insieme le basi?

• C-G si formano sempre 3 legami idrogeno;
• A-T si formano sempre e soli 2 legami idrogeno.

L'adenina può legare solo la timina, la citosina solo la guanina, l'appaiamento delle basi è esclusivo. Così si garantisce che ognuno dei due filamenti decorrano sempre uno parallelo all'altro e la distanza tra essi si mantenga costante. Da questo deriva che è necessaria più energia per rompere un legame G-C che un legame A-T poiché hanno un legame in più. Più citosine e guanine ho, più quel tratto di DNA sarà stabile e più sarà difficile aprire quel legame. Esiste una temperatura (temperatura di melting) che è la temperatura necessaria per rompere tutti i legami idrogeno che tengono insieme quella porzione di doppia elica. Questi due filamenti si separano aprendo la doppia elica.

Distanza fra due filamenti? È 2 nm che corrisponde a 20 Ångstrom. Nel momento in cui filamenti si arrotolano non formano struttura regolare ma un solco maggiore e un solco minore alternati: il solco minore ha un passo di 12 Ångstrom e il solco maggiore è pari a 22 Ångstrom ed esso fa da stabilizzatore per proteine leganti. Ogni giro di elica ha una sua misura pari a 34 Ångstrom.

Il DNA esiste anche in altre conformazioni in natura: la conformazione B è la conformazione più frequente e la più stabile. È possibile trovare, la conformazione A ma è più compatta dove il passo è minore di 34 Ångstrom. La conformazione Z il DNA assume andamento sinistrorso con passo leggermente inferiore a 20 Ångstrom.

4 momenti fondamentali nella comprensione della struttura del DNA

1. Esperimenti di Griffith negli anni '20: portarono ad affermare che esisteva un materiale non bene identificato in grado di rendere patogene cellule che normalmente erano innocue. Per l'esperimento vennero prese delle cellule viventi innocue di streptococco pneumoniae e delle cellule patogene. Con il colore giallo vennero indicate le cellule innocue (ceppo R) e con il rosso quelle patogene (ceppo S) e le testò sui topi. Iniettò cellule del ceppo S e i topi morirono, mentre quelle del ceppo R il topo inoculato visse.

   Quindi decise di effettuare un nuovo esperimento scaldando il ceppo S con il calore e uccidendo i batteri al suo interno, permettendo al momento dell'inoculazione al topo di non morire. Ma osservò che se queste cellule venivano mischiate con le cellule del ceppo R e venivano iniettate, il topo moriva. Arrivò alla conclusione che il principio trasformante del ceppo S era rimasto e infettava il ceppo R innocuo, quindi il topo non sopravviveva.

2. Esperimenti di Avery, MacLeod e McCarty: stabilirono che quello che Griffith definiva "materiale non bene identificato", era il DNA. Se messa in contatto ogni singola macromolecola con un ceppo innocuo, continua ad esserlo. Hanno stabilito che il principio trasformante di Griffith era il DNA.

3. Successivamente Hershey e Chase riuscirono a dimostrare definitivamente che i geni sono costituiti da DNA ma ancora non vi era idea di come fosse fatto. Hanno dimostrato in via definitiva che i geni sono costituiti da DNA, dimostrandolo tramite una classe particolare di virus, i batteriofagi. Hanno utilizzato dei batteriofagi marcati in cui erano presenti o DNA o proteine marcate. Nel caso del DNA venne marcato con ³²P, mentre le proteine con ³⁵S. Fu dimostrato che i batteri si replicavano ma si trovava traccia solo del DNA marcato.

4. Gli studi di Rosalind Franklin, Watson e Crick stabilirono la struttura a doppia elica del DNA. Senza la foto di Franklin (51) Watson e Crick non sarebbero stati in grado di sviluppare il modello.