DNA, acido desossiribonucleico - Riassunto generale

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di a.ars
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Il DNA, acido desossiribonucleico, è la molecola che custodisce l'informazione genetica. Scopri la sua struttura a doppia elica, il processo di duplicazione semiconservativa e le forme alternative, essenziali per la sintesi proteica e la trasmissione del patrimonio genetico.

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Concetti Chiave

  • L'acido desossiribonucleico (DNA) è la molecola che contiene l'informazione genetica, strutturata in una doppia elica che consente il trasferimento del patrimonio genetico tra generazioni.
  • La scoperta della struttura del DNA nel 1953 da parte di Watson e Crick ha rivelato che è composta da due catene polinucleotidiche unite da legami a idrogeno, con basi azotate appaiate in modo complementare.
  • La duplicazione del DNA avviene tramite un processo semiconservativo, dove ogni filamento funge da stampo per la creazione di nuovi filamenti identici, grazie all'azione di enzimi specifici.
  • Negli organismi eucarioti, il DNA si trova nel nucleo cellulare, nei mitocondri e nei cloroplasti, mentre nei procarioti è contenuto in un nucleoide nel citoplasma.
  • Il DNA codifica le proteine attraverso sequenze di basi azotate, dove ogni sequenza di tre basi rappresenta un aminoacido, formando così le proteine necessarie per le funzioni cellulari.

La scoperta del DNA

L'acido desossiribonucleico è la molecola depositaria dell'informazione genetica. Essa è una molecola stabile, formata da un legame detto “a doppia elica” ed è in grado di trasferire da una generazione all'altra l'intero patrimonio genetico, cercando di evitare errori meglio noti come “mutazioni”.

Si dovette aspettare il 1953 affinché James Dewey Watson e Francis Crick scoprissero attraverso una fotografia a raggi x la struttura del DNA. Quella da loro proposta venne chiamata “forma b del DNA” ed è considerata la forma più stabile in condizioni fisiologiche. Nello stesso periodo il chimico Erwin Chargaff osservò che in ogni molecola di DNA erano presenti quantità uguali delle due basi azotate (adeninatimina e citosina-guanina). Sulla base di tali scoperte si giunse alla conclusione che il DNA fosse formato da due lunghe catene polinucleotidiche unite mediante legami a idrogeno e avvolte intorno ad un asse immaginario in modo da formare una doppia elica. Per rendere più semplice la comprensione della struttura del DNA spesso la si paragona ad una scala a chiocciola. I montanti sono le due catene polinucleotidiche e ogni piolo è una coppia di basi azotate, ciascuna appartenente ad una delle due catene. Le due basi che formano un piolo si uniscono: L'adenina forma due legami di idrogeno con la timina, la citosina forma tre legami di idrogeno con la guanina. Il processo per cui ogni base presente su un filamento di DNA si lega ad una base presente nel filamento opposto è chiamato appaiamento complementare.

Struttura e duplicazione del DNA

Il DNA è in grado di duplicarsi, ovvero di generare da un'unica molecola madre due molecole figlie identiche. La duplicazione del DNA avviene secondo il modello semiconservativo secondo cui le molecole di DNA figlie contengono un filamento vecchio ed uno nuovo, quindi nella duplicazione le due eliche del DNA si separano ed entrambe fungono da stampo per la creazione di un nuovo filamento in modo che si creino le due nuove molecole a doppia elica. La duplicazione della doppia elica di DNA richiede innanzitutto che i due filamenti vengano separati rompendo i legami a idrogeno tra le coppie di basi azotate complementari (questo si realizza grazie all'enzima DNA elicasi, che svolgendo da una parte la doppia elica, crea dall'altra un super avvolgimento, rilassato dall'intervento dell'enzima DNA girasi). La regione in cui le due eliche sono separate e fungono da stampo per la sintesi di un filamento complementare è detta forca di replicazione. L'assemblaggio della forca di replicazione avviene a partire da una regione specifica del DNA, detta origine di replicazione. La sintesi del nuovo filamento avviene ad opera dell'enzima DNA POLMERASI che, tuttavia, non è in grado di iniziare la sintesi di una nuova catena, ma di allungare un tratto di DNA preesistente. A questo scopo, una volta avvenuta la separazione delle due eliche, l'enzima prima si crea un piccolo tratto di RNA, detto PRIMER o INNESCO, che viene allungato dal DNA polimerasi mediante l'aggiunta di nucleotidi, rispettando la complementarietà delle basi azotate. Il DNA polimerasi è anche in grado di rilevare appaiamenti non corretti e di rimuovere i nucleotidi errati grazie ad un'attività detta esonucleasi. Mediante esperimenti è stato scoperto che uno dei due filamenti viene sintetizzato in modo continuo (leading strand, filamento continuo) a partire da un unico primer, l'altro in modo discontinuo (lagging strand, filamento ritardato).

Localizzazione e funzione del DNA

Negli organismi eucarioti, il DNA è localizzato all'interno del nucleo cellulare, anche nei mitocondri e cloroplasti in piccole quantità. Nei procarioti, il DNA è invece racchiuso in un organello irregolare, privo di membrana, contenuto nel citoplasma, chiamato nucleoide. Il DNA contiene le informazioni necessarie per la produzione delle proteine, molecole formate dagli aminoacidi. La descrizione di ciascuna molecola è scritta nel DNA secondo un codice basato su 4 elementi, adenina (A), timina (T), guanina (G) e citosina (C), detti basi azotate, disposti in sequenze di diversa lunghezza e organizzati in diverse combinazioni. Ciascuna base azotata insieme a uno o più atomi di carbonio e ad uno zucchero costituisce un nucleotide. Cambiando l’ordine delle basi azotate è quindi possibile scrivere messaggi diversi che porteranno alla formazione degli aminoacidi (in tutto 20) necessari per formare le proteine. Ciascuna sequenza di 3 basi identifica un aminoacido e una sequenza di aminoacidi (uniti fra loro da un legame peptidico (Il legame peptidico è un legame covalente che si instaura tra due molecole, quando il gruppo carbossilico di una reagisce con il gruppo aminico dell'altra attraverso una reazione di condensazione))costituisce una proteina.

Forme alternative del DNA

Del DNA non esiste solo la forma B (una struttura dinamica che può assumere diverse forme ad elica), ma anche la forma A e la forma Z.

Struttura a DNA

    • struttura destrorsa;

    • corta e larga;

    • avvolgimento destrorso;

    • la coppia di basi ruota intorno all’asse di 33.6°;

    • ogni giro completo ci sono circa 11 coppie di basi;

    • si forma quando il DNA si trova in una soluzione poco idratata.

Struttura B DNA

    • struttura destrorsa;

    • allungata e sottile;

    • avvolgimento destrorso;

    • la coppia di basi ruota intorno all’asse di 36°;

    • ogni giro completo ci sono 10 coppie di basi;

    • si forma quando il DNA si trova in una soluzione molto idratata;

    • è la struttura che si avvicina maggiormente alla struttura fisiologica.

Struttura Z DNA

    • struttura sinistrorsa;

    • allungata e sottile;

    • avvolgimento sinistrorso;

    • l’unica costitutiva è formata da due coppie di basi;

    • le coppie di basi ruotano intorno all’asse di 60°;

    • ogni giro completo ci sono 12 coppie di basi;

    • Il DNA si trova nella struttura Z quando si alternano un gran numero di purine e pirimidine.

(Le basi puriniche sono formate da 2 anelli condensati, mentre le pirimidiniche hanno un solo anello.)
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Domande da interrogazione

  1. Qual è la funzione principale del DNA?

    2. Il DNA è la molecola depositaria dell'informazione genetica, in grado di trasferire il patrimonio genetico da una generazione all'altra, evitando errori noti come mutazioni.

  2. Chi ha scoperto la struttura del DNA e quando?

    3. La struttura del DNA è stata scoperta nel 1953 da James Dewey Watson e Francis Crick, attraverso una fotografia a raggi X, identificando la forma B del DNA come la più stabile in condizioni fisiologiche.

  3. Come avviene la duplicazione del DNA?

    4. La duplicazione del DNA avviene secondo un modello semiconservativo, dove le due eliche si separano e fungono da stampo per la creazione di nuove molecole, grazie all'enzima DNA polimerasi e alla formazione di un primer.

  4. Dove si trova il DNA negli organismi eucarioti e procarioti?

    5. Negli eucarioti, il DNA è localizzato nel nucleo cellulare, nei mitocondri e nei cloroplasti; nei procarioti, è presente in un nucleoide, un organello irregolare nel citoplasma.

  5. Quali sono le forme alternative del DNA?

    6. Oltre alla forma B, esistono anche la forma A e la forma Z del DNA, ognuna con caratteristiche strutturali specifiche, come l'avvolgimento e l'orientamento delle basi.

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