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CAPITOLO VII

I polimeri si possono classificare in naturali e artificiali: quelli naturali si trovano in

natura come gli acidi nucleici e le proteine, mentre quelli artificiali sono prodotti

dall’uomo come i plastomeri (resine), elastomeri (gomme) e le fibre.

I polimeri sono composti organici che si formano in seguito all’unione di un numero

elevato di molecole semplici, dette monomeri.

LE PROTEINE

Le proteine sono molecole di grandi dimensioni (macromolecole) costituite

dall’associazione di numerose molecole semplici di amminoacidi (Aa).

Gli amminoacidi sono composti contenenti, accanto ad atomi di carbonio, idrogeno e

ossigeno, anche atomi di azoto (N), sono cioè composti azotati; talvolta sono presenti

anche atomi di zolfo (S).

Hanno una struttura base comune, costituita da un atomo di carbonio (C) unito,

mediante quattro legami covalenti, a un idrogeno (-H), a un gruppo carbossilico

(-COOH), a un gruppo amminico (-NH ) e a un gruppo più o meno complesso,

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chiamato radicale o catena laterale (-R). I radicali sono complessivamente 20, quindi

in natura esistono 20 amminoacidi diversi, il più semplice dei quali è la glicina, che

ha un atomo di H come radicale.

Gli amminoacidi possono legarsi tra loro tramite un legame peptidico tra il gruppo

carbossilico e il gruppo

amminico, formando polimeri

chiamati catene polipeptidiche

o polipeptidi.

Una proteina è un polipeptide

piuttosto grande con una

struttura complessa, con vari

livelli di organizzazione. La

struttura primaria(fig.16) di

una proteina è la particolare

sequenza di Aa, cioè l’ordine

con cui gli Aa sono legati uno Figura 16

all’altro, che è specifico per ogni proteina. La struttura secondaria (fig.16) è la

conformazione spaziale, ossia la forma che la catena polipeptidica assume, che

28 –R

dipende dai legami deboli che le catene laterali possono formare tra di loro: se la

proteina forma legami idrogeno in modo regolare, la catena polipeptidica si avvita su

elica α;

se stessa come una scala a chiocciola, formando un aspirale cilindrica, detta

in altri casi, la parte più interna delle proteine si ripiega a zig-zag formando una

foglio ripiegato β,

struttura a fisarmonica, detta a tenuta insieme da legami idrogeno

distribuiti in modo casuale. In alcuni casi, la struttura secondaria, in seguito alla

formazione di legami deboli tra vari punti della catena, si raggomitola su se stessa,

assumendo una struttura terziaria (fig.16), più complessa, che è tipica delle proteine

globulari.

Talvolta, queste proteine “alloggiano” un gruppo non protetico di varia natura, detto

gruppo prostetico, come nel caso della globina, e si dicono proteine composte.

Più catene polipeptidiche possono associarsi tra loro, sempre tramite legami deboli, in

che forma un’unica unità funzionale: per esempio,

una struttura quaternaria (fig.16)

la combinazione di quattro catene di globina dà luogo all’emoglobina, la proteina

presente nei globuli rossi del sangue.

Per la sintesi delle proteine (traduzione; fig.17), la molecola di DNA non può servire

direttamente da stampo per una catena polipeptidica, perché i nucleotidi non sono in

grado di legarsi direttamente con gli Aa. Pertanto il DNA deve servirsi di alcuni

“adattatori” che possono fare da tramite tra la molecola del DNA e la catena degli Aa;

questi adattatori sono molecole di RNA (trascrizione).

Figura 17 29

GLI ACIDI NUCLEICI

Gli acidi nucleici sono formati da unità dette

nucleotidi (fig.18). I nucleotidi sono molecole con

una struttura complessa, che comprende uni zucchero

monosaccaride a 5 atomi di carbonio (pentoso), che

può essere ribosio o deossiribosio, legato a un

gruppo fosfato e a una base azotata, che può essere

di cinque tipi differenti: citosina (C), timina (T),

uracile (U), adenina (A) e guanina (G). I nucleotidi si

legano uno all’altro formando catene polipeptidiche,

che sono la struttura base degli acidi nucleici, così

detti perché individuati per la prima volta nel nucleo Figura 18

della cellula. L’RNA o acido ribonucleico è formato

da nucleotidi contenenti lo zucchero ribosio e una base azotata scelta tra adenina,

citosina, guanina e uracile (non viene utilizzata la timina); i nucleotidi formano un

unico filamento che si ripiega su se stesso in modo diverso da molecola a molecola.

Esistono diversi tipi di RNA; i più importanti sono l’RNA messaggero, l’RNA di

trasferimento e l’RNA ribosomale.

L’RNA messaggero o mRNA riceve le informazioni necessarie per costruire una

catena polipeptidica con una precisa sequenza di Aa. Dal momento che le catene

hanno varie grandezze, le molecole di mRNA possono avere una lunghezza variabile.

L’RNA di trasferimento o tRNA costituisce una famiglia di molecole di piccole

dimensioni (da 70 a 90 nucleotidi), che si trovano libere nel citoplasma e servono per

mettere in contatto gli Aa con l’mRNA, perché sono in grado di legarsi con entrambe

una struttura tridimensionale “a

le molecole. Le molecole di tRNA hanno

quadrifoglio”: la forma, diversa per ogni tRNA, permette alle molecole di legarsi

soltanto con uno dei 20 Aa che costituiscono le proteine; ogni Aa, invece, può essere

trasportato da più di un tRNA.

L’RNA ribosomale o rRNA contribuisce, assieme ad alcune proteine, alla

formazione dei ribosomi, che sono organuli cellulari formati da due subunità di

grandezza diversa, che si formano nel nucleolo.

Il DNA o acido deossiribonucleico è formato da nucleotidi contenenti lo zucchero

deossiribosio e una base azotata scelta tra adenina, citosina, guanina e timina (non

viene utilizzato l’uracile). Nel DNA i nucleotidi formano due filamenti distinti

(catene polinucleotidiche) avvolti a spirale che si uniscono tra loro tramite legami

idrogeno tra le coppie di basi azotate citosina-guanina e adenina-timina, dette

complementari. La struttura del DNA, detta a doppia elica, ricorda quella di una scala

a pioli sottoposta a una torsione (scoperta nel 1953 da J.D. Watson e F. Crick).

Anche gli acidi nucleici sono dei polimeri e quindi possono presentarsi in tante

molecole diverse quante sono le combinazioni possibili dei nucleotidi che li

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compongono. In ogni filamento della doppia elica possiamo distinguere una “testa” e

una “coda” che, per motivi legati alla struttura della molecola, sono indicate con il

estremità 5’ estremità 3’.

nome di ed I due filamenti complementari sono opposti,

cioè appaiati in posizione “testa-coda”, ossia l’estremità 5’ dell’uno è appaiata

all’estremità 3’ dell’altro. I nucleotidi, quindi, sono aggiunti procedendo

dall’estremità 5’ a quella 3’, ossia dalla “testa” alla “coda”.

La scoperta della struttura del DNA non fu soltanto una conquista della chimica, ma

anche della genetica, perché la conformazione della molecola suggerì anche come

questo acido nucleico potesse contenere le informazioni ereditarie. Su ogni molecola

di DNA, infatti, i nucleotidi si susseguono in un ordine diverso e casuale. Ogni specie

possiede gli stessi cromosomi, con le stesse molecole di DNA; ma specie diverse

possiedono differenti cromosomi il cui DNA porta differenti sequenze di basi. Ogni

sequenza di basi differente dovrebbe dunque essere responsabile di una diversa

informazione genetica.

DNA e RNA sono autoreplicanti, cioè capaci di riprodurre una copia della propria

molecola. Il DNA (fig.19) replica contemporaneamente entrambi i filamenti, ognuno

dei quali sintetizza la parte complementare mancante ottenendo, come risultato finale,

due molecole di DNA identiche, ciascuna formata da un filamento nuovo unito a

quello appartenente alla vecchia molecola. Per questo motivo la duplicazione del

DNA è detta semiconservativa. La duplicazione del DNA è affidata ad alcuni enzimi,

ciascuno con un compito particolare. La DNA elicasi si lega in determinati punti

della doppia elica e inizia a separare i due filamenti che la compongono, formando

una forcella di duplicazione. Su ciascun filamento, che funzionerà da stampo, un

altro enzima, la DNA polimerasi, inizia a formare una nuova catena complementare

aggiungendo uno alla volta i nucleotidi prelevati dal citoplasma.

La sintesi del RNA è simile a quella del DNA ed è detta trascrizione. La trascrizione

è opera di alcuni enzimi, chiamati

RNA polimerasi, che utilizzano il

DNA come stampo per la

costruzione di una catena

complementare di nucleotidi di

RNA o ribonucleotidi. Il processo

di trascrizione serve a sintetizzare

tutti i tipi di RNA e, negli

eucarioti, per ognuno di essi

interviene una diversa RNA Figura 19

polimerasi. L’RNA polimerasi si lega al DNA soltanto in corrispondenza di una

sequenza particolare detta promotore, che dà il via alla sintesi. Appena si è legato al

promotore, l’enzima apre la doppia elica di DNA e inizia a legare i nucleotidi al

DNA, usando da stampo soltanto uno dei due filamenti, e precisamente quello che

porta il promotore . 31

Man mano che la trascrizione procede, la doppia elica del DNA si richiude e il

filamento di RNA rimane uniti soltanto all’enzima; quest’ultimo, intanto, continua ad

avanzare lungo il DNA e ad aggiungere nucleotidi fino a quando non incontra

un’altra sequenza speciale, detta segnale d’arresto, che indica che l’informazione è

finita. A questo punto, l’enzima libera sia la molecola di RNA appena formata sia il

DNA.

L’informazione è in codice

I geni sono le regioni del DNA che codificano le proteine, essi sono formati da parti

utili per la sintesi delle proteine, chiamate esoni, alternate ad altre parti,

apparentemente “inutili”, dette introni; i geni sintetizzano quindi un mRNA molto

lungo, detto trascritto primario, che contiene sia introni che esoni. Il trascritto

primario subisce allora un certo numero di “ritocchi” da parte di una squadra di

enzimi, che provvedono a tagliare ed eliminare gli introni e a saldare tra di loro gli

esoni, trasformando la lunga molecola in un mRNA maturo. Questa operazione o

maturazione dll’mRNA, è detta splicing.

L’mRNA porta nel citoplasma la copia

delle informazioni genetiche per costruire

le proteine. Nell’mRNA l’informazione si

serve di un sistema di comunicazione,

detto codice genetico. Si comprese,

allora, che i quattro nucleotidi (A,C, G o

T) funzionano come le lettere di un

ridottissimo alfabeto che forma soltanto

“parole” di tre lettere dette triplette o

codone; ogni codone codifica per un Aa,

ossi