Appunti DNA E RNA

DNA

La molecola di DNA è organizzata all'interno del nucleo. In ogni cellula il DNA è lungo circa 2 m pur stando in un nucleo della grandezza dei µm.

Cromatina

Per cromatina si intende la struttura che assume il DNA quando si associa a delle proteine dette istoni. Il DNA è carico negativamente, mentre gli istoni sono carichi positivamente, ed è a causa di questo che il DNA si arrotola attorno agli istoni.

Esistono due tipi di cromatina:

• Eucromatina: È definita "buona" perché è la porzione di DNA che contiene le informazioni genetiche, e quindi la parte che può essere scritta in RNA.
• Eterocromatina: Non viene mai trascritta a causa della mancanza delle informazioni genetiche. La maggior parte del DNA è eterocromatina, ed ha la funzione di regolare la struttura e la fase di copiatura del DNA.

Telomeri e nucleoli

I telomeri sono i terminali di un tratto di DNA, questo tratto è definito cromosoma. (Noi abbiamo 46 cromosomi, e quindi in 46x2 telomeri). I telomeri si uniscono in uno o due punti del nucleo detti nucleoli.

Acidi nucleici

DNA e RNA sono acidi nucleici, ossia eteropolimeri di condensazione lineare di 4 monomeri. Questo significa che il DNA e RNA sono composti dall'unione di 4 componenti fondamentali: i monomeri. Questi monomeri prendono il nome di nucleotidi.

Nucleotidi e nucleosidi

Ogni nucleotide è formato da 3 parti:

• Zucchero pentoso (5 carboni)
• Base azotata
• Residuo di acido fosforico

Lo zucchero pentoso è il desossiribosio. Per zucchero pentoso si intende la presenza di 5 carboni. 4 di questi carboni occupano il vertice della struttura ciclica, mentre il quinto vertice è occupato dall'ossigeno.

Il quinto carbonio è libero e fa parte di un gruppo alcolico: CH₂OH. L'idrogeno che si lega al secondo carbonio è ciò che differenzia il desossiribosio dal ribosio, zucchero pentoso tipico dell'RNA; al suo posto ci sarà un OH.

Lo zucchero ha 3 punti reattivi, più precisamente collocati sul carbonio 1', 3' e 5':

• 1' → Lega con la base azotata
• 3' e 5' → Lega con uno o più residui di acido fosforico. Il legame con l'acido fosforico si crea una volta legata la base azotata.

Una base azotata è un composto ciclico formato da atomi di azoto. Le basi azotate sono 5 e si dividono in 2 gruppi:

• Purine: Citosina (C) e Timina (T), Uracile (U);
• Pirimidiniche: Adenina (A), Guanina (G);

La differenza è che le pirimidiniche sono anelli di 5 atomi C e N, mentre le purine sono anelli di 9 atomi di C e N. Le basi azotate sono l'unica cosa che varia nei nucleotidi.

Zucchero + base azotata = nucleoside.

Nucleosidi

La reazione di condensazione di una delle basi azotate che costituiscono gli acidi nucleici con il ribosio o il desossiribosio forma un nucleoside. Un nucleoside consiste quindi di una base purinica e pirimidinica legata ad uno zucchero. I quattro nucleosidi del DNA si chiamano deossiadenosina, deossiguanosina, deossitimidina e deossicitidina mentre i nucleosidi dell'RNA prendono rispettivamente il nome di adenosina, guanosina, citidina e uridina.

Nel nucleoside dell'RNA, il Carbonio C-1 del ribosio è legato all'Azoto N-1 di una pirimidina o all'N-9 di una purina. La configurazione di questo legame N-glucosidico è β (in quanto la base si trova sopra il piano dell'anello dello zucchero). In un deossiribonucleoside, il Carbonio C-1 del desossiribosio è legato all'N-1 di una pirimidina o all'N-9 di una purina. La configurazione di questo legame N-glicosidico è β (la base si trova sopra il piano dell'anello dello zucchero) e lo stesso vale per i ribonucleosidi.

Nucleotidi

Un nucleotide è costituito da tre unità strutturali condensate tra loro: una delle 5 nucleobasi, uno zucchero e una o più molecole di acido fosforico. I deossinucleosidi, per aggiunta di un gruppo fosfato, formano i deossinucleotidi, i monomeri del DNA, mentre i ribonucleosidi dell'RNA formano i ribonucleotidi.

Un nucleotide prende il nome dal nucleoside che contiene. Per esempio, l'adenosina monofosfato (dAMP) è il nucleotide che contiene adenosina e un fosfato. Un legame estereo che coinvolge il fosfato è chiamato legame fosfoestereo. Il nucleotide è quindi l'estere fosforico di un nucleoside. Il sito più comune di esterificazione nei nucleotidi naturali è il gruppo ossidrile -OH attaccato al carbonio C-5 dello zucchero. Questo composto prende il nome di nucleoside 5' fosfato oppure 5'-nucleotide. Ad esempio, la deossiadenosina 5' trifosfato (dATP) è un precursore attivato nella sintesi del DNA.

Un nucleotide è attivato dalla presenza di due legami fosfoanidrilici presenti nelle unità trifosfato. L'aggiunta di uno, due o tre residui fosforici nella catena produce rispettivamente i nucleosidi mono, difosfato e trifosfato (NMP, NDP e NTP) che sono fondamentali nel metabolismo energetico della cellula. I più importanti sono ADP e ATP, rispettivamente adenosina difosfato e adenosina trifosfato. Il passaggio da tri- a di- avviene tramite una reazione di idrolisi esoergonica con conseguente liberazione di energia che la cellula può utilizzare per le sue attività. Ad esempio, nel caso della deossiadenosina 5' trifosfato o dATP, il prefisso “d” nel dATP indica che lo zucchero è il deossiribosio per distinguere questo composto dall'ATP in cui lo zucchero è invece il ribosio.

Struttura del DNA

L'ossatura del DNA che è sempre uguale in tutta la molecola consiste di deossiribosi legati a gruppi fosforici. Esattamente l'OH 3' dello zucchero di un deossiribonucleotide è unito all'OH 5' dello zucchero adiacente da un ponte fosfodiesterico. La parte variabile del DNA è la sua sequenza di 4 specie di basi (A, G, C, T). A causa della presenza del residuo fosforico conferente carattere fortemente acido, ai nucleotidi corrispondenti si dà il nome di acido desossiadenilico o deossiadenilato, acido deossiguanilico o deossiguanilato, acido deossicitidilico o deossicitidilato e acido desossitimidilico o deossitimidilato.

Nel nucleoplasma ci sono un mix di nucleotidi liberi. Questi nucleotidi liberi sono dei trifosfati. I nucleotidi si legano tra di loro con una regola: "Il primo si lega al secondo mettendo a disposizione il carbonio 3'. Il secondo si lega al primo legandosi al carbonio 5'. In sede 3' si perde l'OH. In sede 5' vengono persi due residui di acido fosforico e si lega l'ossigeno." Il legame che si crea è detto fosfodiesterico. Il legame si crea a partire da 3'OH arrivando a 5'P.

Se questa regola viene mantenuta il filamento di DNA si allunga. Direzione di sintesi del filamento: 5'P → 3'OH. La regola di formazione del filamento di DNA segue apposta la regola di formazione del legame fosfodiesterico. Sequenza: 5'-AGCTC-3'.

Olinucleotide: Catena di pochi nucleotidi. Il legame fosfodiesterico è un legame esterico tenuto insieme da un residuo di acido fosforico, che lega HPO₃ con il carbonio 5' dello zucchero. La catena inizierà con un 5'-AGCTC-3'. La direzione di sintesi del legame fosfodiesterico sarà: 3'OH → 5'P. La direzione di sintesi del legame invece è l'opposto: 5'P → 3'OH, in cui 5' è il fosfato libero.

DNA vs RNA

Le grandi differenze tra DNA e RNA sono:

• Lo zucchero che è un desossiribosio nel DNA, e un ribosio nell'RNA. Questo è dato dalla presenza dell'H in sede 2' (DNA) o dall'OH sempre nella medesima posizione (RNA).
• L'uracile dell'RNA sostituisce la timina del DNA.

Doppia elica del DNA

Il DNA è un doppio filamento formato da filamenti anti-paralleli. La doppia elica è costituita da:

• Uno scheletro più esterno formato da zuccheri legati tra loro con legami fosfodiesterici. Questa è la parte più idrofila del DNA.
• La parte più interna, invece, è idrofobica ed è rappresentata da strutture chiamate coppie di basi. Queste nascono dall'unione della base azotata di un filamento, con una base azotata del filamento antiparallelo. L'unione è possibile grazie a dei legami a idrogeno (fragili).

Ogni coppia di basi deve stare dentro il diametro della doppia elica, ossia 2 nm. In questi 2 nm le basi sono sempre una purica e una pirimidina. Due pirimidine infatti (anelli da 6) sarebbero troppo piccole, mentre due purine (anelli da nove) sarebbero troppo grandi.

Regola della complementarità delle basi

Tra adenina - timina ci sono due legami ad idrogeno. Tra citosina - guanina ci sono tre legami a idrogeno. Le regioni di DNA che sono più ricche di adenina-timina richiedono una maggiore energia per rompere i legami a idrogeno rispetto alla porzione più ricca di citosina-guanina (A parità di lunghezza). Questo è ovviamente dovuto al fatto che due legami a idrogeno sono meno forti rispetto che tre.

Il contenuto di T=A; Il contenuto di G=C. Questo permette il mantenimento dell'informazione genetica.