Biochimica - DNA

Struttura del DNA

DNA è una molecola polimerica formata da due filamenti direzionali avvolti in modo antiparallelo a formare una struttura detta a doppia elica. È importante la loro direzionalità poiché sono macromolecole informazionali. I loro monomeri sono i nucleotidi, i quali si legano attraverso un legame fosfodiestere. L'interazione avviene con l'attacco nucleofilo tra il gruppo –OH presente sul C-3 dello zucchero pentoso e il gruppo -OH legato a P, cioè quello presente sul residuo ortofosforico: accade una reazione di condensazione, dove tali gruppi –OH reagendo tra di loro portano all'eliminazione di una molecola d'acqua per legarsi.

Componenti del nucleotide

• Uno zucchero pentoso: ribosio o desossiribosio.
• Una base azotata, legata al C-1. Il legame tra il C-1 e la base è detto legame glicosidico.
• Un gruppo fosfato PO4^-3 (detto anche residuo di acido ortofosforico) che è legato al C-5 tramite un legame estere.

Basi azotate

Le basi azotate (anelli eterociclici di N e C) sono divise in:

• Purine, con strutture più grandi, e sono l'Adenina e la Guanina;
• Pirimidine, con strutture più piccole, e sono la Timina, Citosina ed Uracile.

Le differenze tra DNA e RNA

• Il DNA presenta solo timina, RNA uracile e pure timina talvolta;
• Il DNA si trova quasi sempre a doppio filamento, mentre l'RNA quasi sempre a singolo filamento. È importante sottolineare il quasi sempre, ciò indica che entrambi si trovano anche, rispettivamente, a singolo filamento e doppio filamento;
• Lo zucchero, invece, è sempre diverso nell'RNA e DNA.

Ribosio vs Desossiribosio

La differenza tra ribosio e desossiribosio è che il ribosio presenta al C-2 un gruppo -OH, mentre il desossiribosio un -H allo stesso C-2: presentando il ribosio quel gruppo -OH, è tendente a subire l'idrolisi alcalina (come riportato in figura) che denatura il filamento. Ciò non avviene nello stabile DNA.

Scoperta della struttura a doppia elica

Watson e Crick, nel 1953, nel costruire il modello del DNA notarono che due purine sarebbero state troppo vicine, viceversa due pirimidine troppo lontane: così intuirono che le basi azotate complementari dovevano essere una purina ed una pirimidina. In realtà ciò che ha resi noti nel mondo scientifico i precedenti studiosi, era stato già scoperto in gran parte da Franklin (una donna) e Wilkins (il suo assistente). Essi analizzarono cristalli di DNA con il metodo della diffrazione dei raggi X. Nel febbraio 1953 Franklin scrisse sul suo quaderno: "il DNA è formato da due catene distinte". Solo due settimane dopo Watson e Crick costruirono il loro modello che nel 1962 valse loro, e Wilkins, il premio Nobel (che non poté esser ritirato da Franklin che era morta per una forma tumorale causata dai raggi X cui era esposta durante i suoi studi).

Contributo di Franklin

Le dimensioni di una doppia elica di DNA, e tali dati erano presenti nel quaderno di Franklin che fu visionato da Watson e Crick:

• Larghezza del doppio filamento: 2.0 nm
• "Passo" (costituito dal solco maggiore più il solco minore) del doppio filamento: 3.4 nm
• Distanza tra due basi successive: 0.34 nm

Inoltre, sempre dagli studi di Franklin, i due ideatori della struttura a doppia elica sapevano che i polimeri di DNA erano elicoidali. Sapevano poi dalla letteratura, che il DNA era costituito da zucchero, basi e gruppi fosfato uniti in una catena polipeptidica. Conoscevano inoltre le "regole di Charghaff" (il numero delle adenine è uguale a quello delle timine; lo stesso vale per le citosine e le guanine; la somma dei residui purinici è uguale a quella dei residui pirimidinici).