Struttura Dna - Biologia Molecolare

La scoperta della nucleina e l'inizio degli studi sul DNA

Miescher è stato il primo che ha estratto dal nucleo di alcuni leucociti una nucleina, materiale detto, che è ricca di fosfati, ma molto poco conosciuta. Quando sono iniziati gli studi sul DNA, un poco alla volta si sono fatti passi in avanti e si è capito che la nucleina sicuramente era costituita da basi, zuccheri e fosfati. Il problema era che non si sapeva come questi erano strutturati e soprattutto l’idea era che la nucleina fosse composta solo da quattro nucleotidi. Questo perché, quando andavano ad estrarre questo materiale dal nucleo, lo estraevano piccolino, tipo 1000 nucleotidi. Quindi 1000 è proprio la somma di 4 nucleotidi completi, ognuno da 250 circa. Quindi, l’idea iniziale è che questo materiale fosse un tetra nucleotide.

La struttura del DNA e l'accettazione scientifica

Se era strutturato in questo modo o in quest’altro non si sapeva. Per estrarre un DNA ad alto peso (come il nostro, che è dell’ordine di 10⁹ nucleotidi) bisogna trattarlo in un certo modo. Visto che a quell’epoca non sapevano tutto ciò, ricavavano una molecola molto piccola. Quindi l’idea iniziale era un tetra nucleotide. Fare accettare alla comunità scientifica che il materiale ereditario fosse un tetra nucleotide è stato un po' difficile, poiché tutti pensavano che il materiale fossero le proteine, perché esse, avendo diversi componenti, possono dare origine a molecole completamente diverse, quindi accettare che non fosse così ci è voluto un po' di tempo.

In questo grafico osserviamo come, grazie all’avanzamento delle tecniche, si è arrivati a capire che la molecola è ad alto peso molecolare. Infatti, è registrata un'impennata. Ecco che arriviamo agli esperimenti fondamentali: tutti questi hanno contribuito e dato informazioni utili a Watson e Crick per la loro proposta di struttura.

Esperimento di Griffith

L’esperimento di Griffith dimostra che dei vari componenti di una cellula, il DNA è quello a cui si può attribuire il fenotipo di un organismo vivente. In questo caso parliamo di un batterio, lo Streptococcus pneumoniae, quello che causa la polmonite nel topo. Esistevano due ceppi, uno detto R ovvero ralph (rugoso), ed un ceppo S, ovvero smooth (liscio). Se veniva iniettato il ceppo R senza capsula nel topo, questo non causava malattia, al contrario quello S con la capsula polisaccaridica (per questo è liscio e più grande) causava la polmonite nel topo e quindi la morte di esso.

Successivamente Griffith prende i batteri del ceppo S e li riscalda uccidendoli al calore, poi li inietta nel topo e questo non muore. Infine, mette insieme i batteri del ceppo R vivi con quelli S inattivati al calore (R da solo non dà malattia, S inattivato al calore) ed osserva che il topo muore. Di fatto si isolano degli elementi di tipo S vivi. L’unica interpretazione che si poteva dare era che qualcosa era passato dal ceppo S inattivato al ceppo R vivo e l’aveva trasformato, quindi aveva trasformato l’R vivo, rugoso, non causante malattia, in un ceppo di tipo S con fenotipo causante malattia. Questo è il famoso principio trasformante!

La cosa importante era capire cosa era passato dal ceppo S a quello R causando la trasformazione. Quindi Griffith scopre il cosiddetto “principio trasformante”.

Esperimento Avery, MacLeod, McCarty

Questo gruppo di scienziati cerca di capire la natura di questo principio trasformante. Essi sapevano che i componenti in una cellula erano lipidi, proteine, polisaccaridi e acidi nucleici. Ripetettero l’esperimento in vitro, ovvero invece di usare l’intero ceppo, cercarono di mettere insieme al ceppo R vivo, uno per volta in provette diverse, ognuno di questi componenti purificati. Quindi ripetettero l’ultimo passaggio dell’esperimento di prima, ma invece di farlo con il ceppo intero S inattivato al calore aggiunto al ceppo R, al ceppo R aggiunsero in una provetta proteine, in una RNA, in una DNA, in una lipidi ed in una polisaccaridi estratti ovviamente dal ceppo S. Quindi hanno solo diviso i vari componenti, li aggiunsero in una provetta dove c’erano i batteri pneumococchi del tipo R e li piastrarono. Loro fanno questo passaggio prima in liquido e poi in solido, questo perché in liquido possiamo crescere quantità enormi, però dopo si piastrano per riconoscerli, in genere si dice che “si piastrano non a saturazione” poiché i cloni batterici sono sparsi e separati, in quanto in futuro noi potremmo prelevare ognuno di loro ed analizzarlo. Quindi si passa sempre attraverso il passaggio in liquido e piastramento su solido!

In questo modo essi osservarono la tipologia dei cloni batterici, poiché all’inizio c’erano tutti R, successivamente si nota una piastra in cui essi si sono trasformanti in S. Quindi il principio trasformante ha lavorato, ovvero ha trasformato R in S. Questo corrisponde alla provetta in cui ai pneumococchi è stato aggiunto il DNA purificato.

Il controllo è fondamentale, infatti, l’esperimento viene poi ripetuto facendo un esperimento al contrario, ovvero ora noi sappiamo che il fattore trasformante è il DNA, ma prima che non si sapeva bisognava verificarlo. Così essi utilizzarono l’estratto totale del ceppo S, dove aggiunsero enzimi che distruggono selettivamente ognuno di questi componenti. Tutto questo perché si potrebbe pensare che il DNA possa avere qualche contaminante non conosciuto. Allora fecero un esperimento al contrario: aggiunsero Dnasi all’estratto totale, se quest’ultimo corrisponde al DNA viene persa la sua capacità, se invece c’è un contaminante di questo DNA la Dnasi non svolge la sua azione. All’epoca si ebbe la conferma della presenza del DNA, grazie all’aggiunta di proteasi (enzimi che distruggono le proteine), in quanto in questo modo il ceppo R...