Tesina terza media DNA

Anno scolastico 2012-2013

Scuola secondaria di 1° grado

Carducci-Cotugno-Giovanni XXIII

Il DNA: la molecola della vita

Luigi Sallustio 3^ G

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Indice

Introduzione: pag. 3

Scienze: pagg. 4-9

Tecnologia: pagg. 10-13

Inglese: pag. 14

Scienze motorie: pagg. 15-16

Storia: pagg. 17-20

Letteratura: pagg. 21-23

Musica: pagg. 24-27

Arte: pagg. 28-30

Geografia: pagg. 31-34

Antologia: pagg. 35-37

Francese: pagg. 38-39

Conclusioni: pag. 40

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Introduzione

La scelta del DNA come argomento principale di questo percorso interdisciplinare è dettata dal mio interesse per le scienze, maturato nel corso di questo triennio. Lo studio sperimentale delle scienze con attività laboratoriali e pratiche mi ha consentito di appassionarmi allo studio di queste discipline, con lo scopo di capire la realtà e di chiarire il mistero e la complessità che è dentro la vita di ognuno di noi.

Proprio per questo, in futuro mi piacerebbe diventare un ricercatore scientifico, in particolare nel campo biologico, affinché possa dare un contributo significativo nella lotta contro alcune malattie, che tuttora sono considerate inguaribili.

Penso infatti che la ricerca sia l’unico modo per sconfiggere queste terribili patologie e uno Stato lungimirante dovrebbe destinare più fondi per capire i meccanismi che regolano il funzionamento delle cellule e cosa può condizionarlo o alterarlo.

La passione degli scienziati può aprire nuovi orizzonti diradando le paure della gente e dando speranza a quanti sono colpiti da una malattia come il cancro.

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Il DNA: la molecola della vita

Scienze: il DNA

All’inizio degli anni ’40 del secolo scorso non c’erano più dubbi riguardo l’esistenza dei geni e sul fatto che fossero localizzati nei cromosomi. Poi, una svolta decisiva nel campo della genetica si ebbe quando, anche grazie al modello di DNA ideato da Watson e Crick, gli scienziati capirono che la funzione dei cromosomi era di portare e immagazzinare una grande quantità di informazioni estremamente complesse.

I cromosomi sono formati da atomi disposti in molecole. Alcuni studiosi pensavano

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che sarebbe stato impossibile capire la complessità dei sistemi ereditari, altri invece ritenevano che una volta scoperta la struttura chimica dei cromosomi, sarebbe stato semplice comprendere il loro ruolo come portatori di informazioni genetiche.

Così, si aprirono vaste ricerche, tutte nel campo della genetica molecolare. Le prime analisi chimiche del materiale ereditario rivelarono che il cromosoma è costituito da acido desossiribonucleico (DNA) e da proteine, composte da amminoacidi.

Il DNA, invece, è una molecola formata solamente da quattro differenti tipi di nucleotidi. Esso fu isolato per la prima volta nel 1869 da un medico tedesco, e venne chiamato acido nucleico, proprio perché era stato trovato solo nei nuclei cellulari.

Poi il suo nome fu cambiato in acido desossiribonucleico per distinguerlo dall’acido ribonucleico (RNA), di cui parlerò in seguito. Il DNA è costituito da nucleotidi, ognuno composto da una base azotata, da uno zucchero a cinque atomi di carbonio e da un gruppo fosfato (acido fosforico).

Esistono due tipi di basi azotate: le purine, che presentano una struttura a due anelli, e le pirimidine, che hanno un solo anello. Le purine sono l’adenina (A) e la guanina (G), mentre le pirimidine sono la citosina (C) e la timina (T).

Le basi azotate all’interno del DNA si legano sempre in un ordine ben preciso (A-T) (C-G), secondo la legge della complementarità delle basi. La struttura del DNA fu scoperta da due grandi scienziati: Francis Crick e James Watson, che si incontrarono a Cambridge per la prima volta.

Ai tempi in cui i due scienziati iniziarono i loro studi, si conoscevano già tante informazioni riguardo il DNA, quindi bisogna ricordare che la loro fu solo la scoperta della struttura del codice.

Mettendo insieme tutti i dati conosciuti, Watson e Crick furono in grado di dedurre che il DNA è una doppia elica molto lunga e spiralizzata. Si può paragonare a una scala a pioli, i cui montanti rappresentano una sequenza di acido fosforico e di zucchero, e i cui pioli rappresentano le basi azotate appaiate, che sono unite da legami a idrogeno.

Procedendo su questa strada, i due studiosi giunsero a costruire un modello di DNA in stagno e ferro. La scoperta venne pubblicata sul giornale “Nature” americano.

Ma a questo punto la domanda viene spontanea: come fa il DNA a duplicarsi e a continuare a eseguire la sua funzione di portatore di informazioni?

Il meccanismo è piuttosto complicato, poiché si susseguono diversi passaggi complessi dal punto di vista biochimico. Al momento della duplicazione dei cromosomi, la molecola si apre lungo la linea mediana e le basi appaiate si separano a livello dei legami a idrogeno.

A mano a mano che i due filamenti si separano, essi fungono da stampo: ciascuno dirige la sintesi di un nuovo filamento, esattamente identico a quello precedente.

La duplicazione del DNA inizia sempre da una specifica sequenza di nucleotidi, detta punto di origine della duplicazione, che richiede particolari enzimi (come le elicasi), che hanno il compito di spezzare i legami idrogeno presenti nella molecola.

Dopo l’intervento di queste particolari sostanze, inizia l’effettiva sintesi del nuovo filamento, attuata per mezzo di un gruppo di enzimi noti come DNA-polimerasi.

La regione in cui avviene la sintesi sembra quasi un occhio, e prende il nome di “bolla di duplicazione”. All’estremità di quest’area, la molecola forma una struttura a Y, nota come forcella di duplicazione, che avviene in due direzioni opposte; proprio per questo la duplicazione del DNA si dice bidirezionale e semiconservativa.

Un aspetto significativo della duplicazione del DNA è che le DNA-polimerasi hanno una funzione di proofreading (correzione della lettura). Le DNA-polimerasi sono in grado di aggiungere nucleotidi al filamento solo se quelli già inseriti sono appaiati esattamente ai loro nucleotidi complementari sul filamento stampo.

Ogni volta che si incontra una coppia di nucleotidi non esattamente appaiati, gli enzimi riparatori tagliano nel punto dell’errore e sostituiscono il nucleotide sbagliato con quello giusto.

Il DNA controlla anche un’altra importante funzione: la sintesi delle proteine, che avviene nei ribosomi delle cellule, situati nel citoplasma. Le proteine sono costituite da lunghe catene di molecole più piccole, gli aminoacidi, che in natura bastano a comporre tutte le proteine.

Per codificare una proteina intera occorre una sequenza più o meno lunga di nucleotidi; tale sequenza costituisce un gene. L’insieme di tutti i geni che servono per

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costruire le proteine di un organismo è detto genoma.

Ma come avviene la sintesi proteica? Nel nucleo della cellula, prima della sintesi, si forma, su stampo del DNA, una molecola di RNA, acido ribonucleico, identico al DNA, tranne che per una base azotata, che in questo caso è l’uracile.

Questo RNA, detto messaggero (RNAm) si dirige quindi verso i ribosomi, nei quali giungono anche gli aminoacidi organizzati in triplette e trasportati dall’RNAt (trasportatore).

Gli RNAt con gli aminoacidi si legano alla catena di RNAm e anche tra loro. Successivamente, essi si staccano dalla catena degli RNAt, e a questo punto la proteina risulta formata.

Un altro argomento strettamente legato al DNA è quello delle mutazioni, che sono cambiamenti nella struttura del patrimonio ereditario di un organismo.

Se la mutazione avviene nel DNA di una cellula sessuale, verrà trasmessa alla discendenza, mentre nel caso delle cellule somatiche non può avvenire ciò.

Le mutazioni possono essere geniche, se sono causate da un inserimento o da una perdita di un nucleotide nella molecola di DNA, cromosomiche se sono cambiamenti di interi segmenti di cromosomi e genomiche se sono cambiamenti nel numero dei cromosomi e avvengono durante la meiosi.

Qualcosa in più!

Il DNA si duplica durante i processi biologici chiamati mitosi e meiosi.

Nella mitosi la duplicazione del DNA avviene per consentire alle cellule figlie di possedere un patrimonio genetico intero, uguale a quello della cellula madre. Avviene perciò inizialmente la duplicazione dell’acido desossiribonucleico, poi la divisione della cellula madre.

Nella mitosi

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invece, grazie alla duplicazione del DNA, le cellule sessuali mature presentano un patrimonio genetico dimezzato rispetto alla cellula sessuale iniziale. In questo caso avviene innanzitutto la duplicazione del patrimonio genetico, poi ci sono due divisioni, che portano alla formazione di quattro cellule sessuali mature figlie.

Durante la mitosi la crescita delle cellule avviene in maniera esponenziale, cioè aumentando seguendo le potenze del due: prima una cellula, poi due, quattro, otto, sedici, trentadue, etc. Esistono leggi matematiche che esprimono questa particolare situazione, e sono quelle di dipendenza quadratica.

Un’altra curiosità riguardante il DNA consiste nella sua mappatura, cioè nella codificazione. Questo processo si conosce soltanto da pochi anni, da quando cioè è terminato il Progetto Genoma Umano, guidato dal prof. Dulbecco, e tutti ne possono “potenzialmente” usufruire alla cifra di 50 mila dollari (circa 38 mila euro).

È quanto ha fatto e speso Stephen Quake, 40 anni, sano, professore di bioingegneria all’Università di Stanford in California, quando l’anno scorso diventò famoso per essersi sottoposto al sequenziamento dell’intero genoma.

L’esito fu molto negativo: scoprì infatti di avere una grandissima probabilità di morire di infarto a causa di una malattia genetica e di avere diabete e cancro.

Comunque, lo scienziato coraggioso si è dichiarato felice di aver vissuto questa esperienza e di aver conosciuto in tutti i minimi dettagli il proprio patrimonio genetico.

Studiando il DNA si è giunti a livelli di conoscenza sempre più alti, che hanno a volte smentito l’immaginario comune. Un esempio è lo studio compiuto pochi mesi fa da un’università americana, che ha determinato che l’attività dei neuroni legata all’apprendimento sembra essere responsabile di un danno al DNA, di alcune lesioni genetiche.

Fortunatamente tutto ciò non è stato ancora testato sull’uomo, ma solo sui topi che tuttavia, in seguito ai risultati di altre ricerche, hanno dimostrato di possedere diverse caratteristiche simili a quelle umane.

Quindi, spazio alla ricerca scientifica!

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Tecnologia: biotecnologie e modellino DNA

Il DNA sta acquisendo sempre più importanza nella

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società attuale, sia nel campo della ricerca scientifica, e quindi in quello sanitario, sia in quello storico, legale e tecnologico.

Proprio su questa complessa molecola, quella dell’acido desossiribonucleico, si basano le biotecnologie, che negli ultimi tempi diventano estremamente rilevanti, soprattutto perché utilizzate al fine di migliorare gli stili di vita di tutti i cittadini del mondo.

Un esempio è costituito dagli Organismi Geneticamente Modificati, un vero traguardo per l’ingegneria genetica. Ma che cosa sono questi OGM, che sempre di più compaiono nei comuni supermercati e negozi alimentari?

Essi sono organismi transgenici, cioè organismi nei quali sono stati inseriti uno o più geni estranei in modo che sviluppino delle caratteristiche che non avrebbero potuto acquisire naturalmente.

Si sono così ottenuti granoturco, soia, legumi e altri alimenti resistenti ai parassiti e agli erbicidi, patate e riso più ricchi di sostanze nutritive e pomodori che si conservano nel tempo senza marcire.

Per ottenere ad esempio piante più resistenti all’attacco degli insetti, si preleva da un batterio il “pezzo” di DNA che risulta essere nocivo per tali insetti. Quindi, il DNA viene immesso in un altro batterio, che viene inserito nel DNA della pianta.

Si ottengono così esemplari di piante capaci di rilasciare la proteina tossica per gli insetti. La produzione di piante transgeniche ha avuto diverse conseguenze positive, come:

• Avere raccolti più abbondanti
• Ridurre l’uso dei pesticidi inquinanti
• Coltivare in zone con condizioni ambientali difficili, e in tal modo “risvegliare” l’economia dei Paesi più poveri (basti pensare all’Africa, le cui condizioni climatiche e ambientali non sono delle migliori).

Tuttavia, nonostante i tanti vantaggi, recentemente alcuni studiosi si stanno chiedendo se l’introduzione di tali nuovi organismi possa, in qualche

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modo, alterare l’equilibrio naturale o danneggiare l’uomo attraverso l’alimentazione, ma è ancora tutto da scoprire e studiare.

Soprattutto negli ultimi tempi, il campo delle biotecnologie si sta specializzando anche in un altro procedimento: la clonazione, che al tempo stesso porta con sé aria di innovazione e di paura per i tantissimi rischi derivanti da questo processo, già effettuato negli anni passati.

Innanzitutto bisogna dire che per clonazione si intende la produzione di un organismo intero a partire dal materiale genetico contenuto nel nucleo di una cellula somatica, invece che da un ovulo e uno spermatozoo.

In che cosa consiste questa tecnica? Prima di tutto bisogna prelevare una cellula dell’animale A che deve essere clonato, per poi estrarre una cellula uovo da un animale B.

Di seguito, si elimina il nucleo della cellula uovo e il nucleo della cellula somatica dell’animale A, che viene trapiantato nell’ovocita B.

Si ottengono così una cellula-uovo non fecondata ma moltiplicata in vitro, che dà origine a un embrione. A questo punto, l’embrione originato viene impiantato nell’utero di un animale C, e dal conseguente parto nascerà un esemplare geneticamente identico all’animale A.