Acidi nucleici: analisi e caratteristiche di DNA, RNA, proteine

Gli acidi nucleici

Gli acidi nucleici sono le molecole che costituiscono il materiale ereditario presente nel nucleo della cellula. Ci sono due tipi di acidi nucleici:
• il DNA (acido desossiribonucleico o deossiribonucleico) che si trova nel nucleo cellulare;
• l’RNA (acido ribonucleico) che si trova sia nel nucleo, che nel citoplasma della cellula.
In chimica il DNA, formato da due catene avvolte a elica, è un polimero organico composto da monomeri detti nucleotidi.

Ogni nucleotide è composto da una molecola di zucchero, il desossiribosio, una molecola di acido fosforico e da una base azotata.
Nel DNA sono presenti quattro diverse basi azotate:
• l’adenina (A);
• la timina (T);
• la guanina (G);
• la citosina (C).
In ogni catena i nucleotidi si susseguono lasciando le basi azotate rivolte all’interno della doppia elica, in modo che esse possano collegarsi con quelle dell’altra catena formando le coppie fisse: A-T e G-C. Immaginando il DNA come una scala a pioli ruotata a elica, possiamo dire che i due montanti sono formati dalla successione di acido fosforico e zucchero e i pioli sono costituiti dalle basi azotate e dai legami di idrogeno tra esse. La sequenza delle basi azotate è diversa per ogni individuo. La duplicazione o replicazione è un processo molecolare attraverso il quale viene prodotta una copia esatta del DNA cellulare. Avviene ogni volta in cui una cellula si riproduce, infatti l’intero genoma (patrimonio genetico) deve essere duplicato per trasmettersi alle nuove cellule. I deboli legami di idrogeno tra le basi azotate si rompoono, la doppia elica si apre e le due catene si separano. Grazie all’azione di specifici enzimi, su ciascuno dei due filamenti liberi se ne forma uno nuovo, in cui i nucleotidi sono disposti in modo complementare a quelli originari. Alla fine si ottiene la formazione di due nuove doppie eliche di DNA perfettamente identiche tra loro e a quella iniziale.
L’RNA, molto simile al DNA, ne differisce per tre aspetti:
• È formato da un’unica catena di nucleotidi.
• Lo zucchero che contiene è il ribosio e non il desossiribosio.
• Tra le sue basi azotate c’è l’uracile al posto della timina.
Nelle cellule esistono 3 diversi tipi di RNA, ciascuno con un ruolo specifico, indispensabile per la sintesi proteica:
• l’RNA messaggero (mRNA)
• l’RNA transfer o di trasporto (tRNA)
• l’RNA ribosomiale (rRNA)
Gli acidi nucleici e le proteine

Le caratteristiche visibili di un individuo dipendono soprattutto dalle proteine che lo costituiscono. Il DNA determina i caratteri di un organismo perché contiene le istruzioni per costruire le proteine attraverso il processo di sintesi proteica, con l’aiuto dell’RNA. Le proteine sono lunghe catene di molecole più piccole, gli amminoacidi: in natura ne esistono venti di diversi tipi che, unendosi tra loro, possono creare tantissime combinazioni. Perché l’organismo combini gli amminoacidi nel modo corretto, sono necessarie delle istruzioni, contenute nel DNA: la sequenza con cui le basi azotate compaiono nel DNA determina l’ordine di successione degli amminoacidi nelle proteine. Tali informazioni vengono trasmesse con un codice specifico: a ciascuna tripletta di tre basi azotate, corrisponde sempre un particolare amminoacido. Quindi, a una sequenza di triplette lungo un filamento di DNA, corrisponde una sequenza di amminoacidi, quindi una specifica proteina. Un tratto di DNA che codifica per una specifica proteina è detto gene. L’insieme di tutti i geni di un individuo forma il suo genoma.
La sintesi proteica o traduzione genetica è un processo formato da varie fasi:
1. Una molecola di mRNA viene assemblata, usando come stampo uno dei filamenti di DNA (trascrizione).
2. L’mRNA esce dal nucleo e si lega a un ribosoma.
3. Il tRNA raccoglie gli amminoacidi nel citoplasma e li porta sul ribosoma.
4. Gli amminoacidi si uniscono in una catena, secondo le istruzioni scritte nell’mRNA (traduzione).
5. Quando la traduzione è terminata, la proteina si stacca dal ribosoma.

La scoperta del DNA

James Dewey Watson nacque a Chicago nel 1928. Dopo le lauree a Chicago e in India, svolse attività di ricerca all’Università di Copenhagen. In quel periodo, alla Stazione biologica di Napoli, incontrò Maurice H.F. Wilkins, che lo stimolò a dirigere le sue ricerche verso la struttura degli acidi nucleici e delle proteine. Tra il 1951 e il 1956 lavorò a Cambridge, dove conobbe Francis H.C. Crick, con cui avviò la ricerca per la struttura del DNA, che fece conoscere a tutto il mondo nel marzo 1953. Nel 1962 i tre scienziati Watson, Crick e Wilkins ottennero il Premio Nobel per la medicina.
C’è però un altro nome da aggiungere ai precedenti: Rosalind Franklin. Anche se tutti hanno riconosciuto la scoperta del DNA al trio Watson-Crick-Wilkins, sotto c’erano gli studi e il lavoro di una vita di una donna inglese. Rosalind Elise Franklin nacque a Kensigton nel 1920, fu una biofisica e una cristallografa a raggi X che diede contributi fondamentali per la scoperta della struttura molecolare del DNA, dell’RNA e altri elementi. Franklin è conosciuta soprattutto per il suo lavoro sulle immagini di diffrazione a raggi X del DNA, che ha portato alla scoperta della sua doppia elica. I suoi dati sembra siano stati utilizzati per formulare l’ipotesi di Watson e Crick e, i suoi progetti inediti mostravano, già prima del 1953, che aveva individuato la struttura principale del DNA. Infatti Franklin, tra il 1° e il 2 maggio, scattò una foto chiamata foto 51: essa mostrava una X, formata da strisce nere che si intrecciavano tra loro, come una doppia elica. Anche se durante la sua vita, il lavoro di Franklin non ha avuto l’adeguato riconoscimento, dopo la morte ha ricevuto premi da grandi istituzioni scientifiche, e oggi è ritenuta, insieme a Watson, Crick e Wilkins, scopritrice della struttura del DNA.