Biologia molecolare - prima parte

NUCLEOTIDI

Per aggiunta di un gruppo fosfato, i nucleosidi vanno a formare ossia i monomeri dell'RNA o del DNA (ai rispettivi nucleotidi, seconda dello zucchero pentoso costituente).

I nucleotidi sono esteri fosfato dei nucleosidi (ossia nucleosidi con gruppi P in aggiunta, legati al C5 o al C3): zucchero + base azotata + gruppo P.

A livello dell'ossidrile C5 (o più raramente del C3), lo zucchero viene esterificato con 3 gruppi P, formando nucleotidi trifosfato.

I gruppi P potrebbero essere sia a C5 sia a C3, ma in natura i nucleotidi hanno sempre il gruppo P legato al C5 del deossiribosio/ribosio.

Appena fosforilati, i nucleotidi vengono prodotti tutti con 3 gruppi P, per essere utilizzati quando ce n'è bisogno: essi (in particolare nei di- e tri-fosfati) sono legati fra loro mediante legami anidridici stabili e ad altissima energia: la rottura (idrolisi) di questi libera una energia molto elevata, utile per la maggior parte delle reazioni.

Mg è importante nel metabolismo degli Acidi Nucleici: si usano deossinucleosiditrifosfati ceduti dal Magnesio → è un cofattore fondamentale in quanto controlla/scherma le cariche, che avrebbero difficoltà a stare vicine tra loro. Oltre all'ATP, anche il GTP è molto utilizzato: è un nucleotide che ha come base la Guanina al posto dell'Adenina, e può avere più o meno lo stesso ruolo dell'ATP, ma viene utilizzato solo in alcuni casi specifici.

42ACIDI NUCLEICI

Li Acidi Nucleici (polinucleotidi) si formano dalla condensazione di due o più nucleotidi, tra il fosfato P5' 3' del Ribosio dell'altro, con eliminazione di legato al -OH del Ribosio di un nucleotide ed il -OH unamolecola di H O (Reazione di Condensazione) e formazione del legame fosfodiesterico, un legame2 →5' 3'.

Il legame fosfodiesterico si forma nel processo di

Il C3 del Ribosio successivo.→legame direzionale 5’ 3’ (sia nel DNA che nell’RNA).➔ quindi sempre una catena con estremità libera al 5’ e una libera al 3’: i nuovi nucleotidi➢ Ci sarà a livello della estremità 5’!trifosfato vengono sempre aggiunti 43La formazione del legame partendo da nucleosidi difosfato (NDP) è possibile ma meno efficace. Tra glienzimi più importanti che catalizzano tali reazioni si hanno le DNA polimerasi e le RNA polimerasi ela DNA ligasi.Il legame può essere idrolizzato dall'azione delle fosfodiesterasi che giocano un ruolo importante neiprocessi di riparazione del DNA (3' fosfodiesterasi), ma anche della sua organizzazione tridimensionale(topoisomerasi).Nei sistemi biologici il legame tra due ribonucleotidi (quindi nel RNA non nel DNA) può anche essererotto per idrolisi alcalina grazie alla presenza di un gruppo ossidrile libero in 2'.→ Gli acidi

I nucleici hanno una struttura ripetitiva.

Formazione del Legame Fosfodiestere del DNA

La reazione avviene per attacco nucleofilo da parte del gruppo ossidrile al 3’ del nucleotide α all’atomo di fosforo di un nucleoside 5’-trifosfato, causando il rilascio del Pirofosfato e la formazione del legame. Tale reazione in vivo è catalizzata dalla DNA Polimerasi.

DNA è una molecola costituita da 4 deossinucleotidi diversi, che hanno tutti come base comune lo zucchero 2-deossi-ribosio, e ognuno ha una base diversa legata al C1.

Legame fosfodiestere 5’-3’: Fra loro i nucleotidi sono legati tramite un gruppo fosfato mediante un ciò conferisce una direzione alla molecola, dal momento che i nucleotidi vengono legati uno alla volta seguendo un ordine ben preciso. La sequenza primaria del DNA, e nasce da una alternanza dei nucleotidi, che si dispongono sempre in combinazioni diverse ed

Avvolte intorno a uno stesso asse a formare una doppia elica destrorsa (con valenza strutturale e funzionale ben precisa); una singola sequenza di nucleotidi forma solamente una catena polimerica, un singolo filamento di per sé altamente instabile, che subirebbe facilmente degradazione e soprattutto in tempi molto veloci, da parte di enzimi che andrebbero a tagliare il legame fosfodiestere.

Per tale motivo, il DNA deve essere capace di conservare la sua struttura in un arco di tempo lungo: ha bisogno di organizzarsi in modo da poter proteggere la sua struttura, unendo insieme i due filamenti in un unico doppio filamento, che assume una precisa e specifica organizzazione.

Le due catene polinucleotidiche antiparallele della doppia elica del DNA non hanno sequenze di basi o composizione identiche. Esse sono invece complementari e al 5’ corrisponde il 3’ dell’altro antiparallele l'una all'altra: filamento, e viceversa, per cui se in una catena è presente un'adenina,

nell'altra catena è presente una timina; analogamente, se in una catena vi è una guanina, nell'altra vi è una citosina. Per questo le due catene hanno polarità opposta, ossia sono orientate in direzioni opposte.

Le due catene dell'elica sono antiparallele, cioè i loro legami 5',3'-fosfodiestere corrono in direzioni opposte; le basi sono sovrapposte una sull'altra (impilate) e distanziate di 3,4 Å; la periodicità secondaria di circa 34 Å dipende dalla presenza di 10 coppie di basi in ogni giro completo della doppia elica. La struttura del DNA in soluzione acquosa è leggermente diversa da quella delle fibre del DNA.

Il diametro esterno dell'elica è pari a 2 nm. → Lo scheletro covalente idrofilico, composto da un'alternanza di 2-deossiribosio e gruppi fosforici, è all'esterno della doppia elica, in contatto con

L'ambiente circostante.→ L'anello furanosico di ogni residuo di deossiribosio è nella conformazione C2' endo.→ Le basi puriniche e pirimidiniche sono impilate all'interno della doppia elica, con le loro strutture planari ad anello poste in posizione praticamente perpendicolare al lungo asse longitudinale della molecola.

Nella doppia elica quindi, tra i due filamenti di DNA, una Purina (anello a 6C) si appaia sempre con una Pirimidina (anello a 5C):

• A + T/U → si formano 2 legami H tra i loro gruppi aminici
• G + C → si formano 3 legami H tra i loro gruppi aminici, che si legano rispettivamente ai loro gruppi carbonili; sono complementari