Acidi nucleici e DNA

Gli acidi nucleici sono dei composti chimici di grande importanza biologica; tutti gli organismi viventi contengono acidi nucleici sotto forma di DNA ed RNA (rispettivamente acido desossiribonucleico ed acido ribonucleico). Gli acidi nucleici sono molecole molto importanti perché esercitano un controllo primario sui processi vitali fondamentali in tutti gli organismi.
Tutto fa pensare che gli acidi nucleici abbiano svolto un identico ruolo sin dalle prime forme di vita primitiva che hanno potuto sopravvivere (come i batteri).
Nelle cellule degli organismi viventi il DNA è presente soprattutto nei cromosomi (nelle cellule in divisione) e nella cromatina (nelle cellule intercinetiche).
Esso è presente anche fuori del nucleo (in particolare nei mitocondri e nei plastidi, ove assolve la sua funzione di centro di informazioni per la sintesi di parte o di tutto l'organulo).
L'RNA, invece, è presente sia nel nucleo che nel citoplasma: nel nucleo esso si trova più concentrato nel nucleolo; nel citoplasma si trova più concentrato nei polisomi.
La struttura chimica degli acidi nucleici è abbastanza complessa; essi sono formati da nucleotidi, ognuno dei quali (come abbiamo visto) è formato da tre componenti: idrato di carbonio (pentoso), base azotata (purinica o pirimidinica) e acido fosforico.
Gli acidi nucleici sono dunque lunghi polinucleotidi, risultanti dal concatenamento di unità dette nucleotidi. La differenza tra DNA e RNA sta nel pentoso e nella base. Ci sono due tipi di pentoso, uno per ogni tipo di acido nucleico:

1) Ribosio nell'RNA;
2) Dessosiribosio nel DNA.

Anche per quanto riguarda le basi dobbiamo ripeteree la distinzione; le basi pirimidiniche comprendono:

1) Citosina;
2) Timina, presente solo nel DNA;
3 ) Uracile, presente solo nell'RNA.

Le basi puriniche sono, invece, costituite da:

1) Adenina

2) Guanina.

Riassumendo, nel DNA troviamo: Citosina - Adenina - Guanina - Timina (C-A-G-T ); mentre nell'RNA abbiamo: Citosina - Adenina - Guanina - Uracile (C-A-G-U).
Tutti gli acidi nucleici hanno la struttura a catena lineare polinucleotidica; la specificità dell'informazione è data dalla diversa sequenza delle basi.

Struttura del DNA

I nucleotidi della catena del DNA sono legati con legame estere fra acido fosforico e pentoso; l'acido si trova legato al carbonio 3 del pentoso di nucleotide e al carbonio 5 del successivo; in questi legami esso utilizza due dei suoi tre gruppi acidi; il gruppo acido rimanente dà il carattere acido alla molecola e permette di formare legami con proteine basiche.
Il DNA ha una struttura a doppia elica: due catene complementari, di cui una «scende» e l'altra «sale». A tale disposizione corrisponde il concetto di catene «antiparallele», cioè parallele ma con direzioni opposte. Partendo da un lato, una delle catene inizia con un legame fra acido fosforico e carbonio 5 del pentoso e finisce con un carbonio 3 libero; mentre la direzione della catena complementare è opposta. Vediamo inoltre che i legami idrogeno tra queste due catene avvengono solo fra una base purinica ed una pirimidinica e viceversa, cioè fra Adenina e Timina e tra Citosina e Guanina, e viceversa; i legami idrogeno sono due nella coppia A-T, mentre nella coppia G-C i legami sono tre. Ciò significa che la seconda coppia ha una maggiore stabilità.

Reduplicazione del DNA

Come già accennato a proposito del nucleo intercinetico, il DNA può trovarsi nelle fasi «autosintetica» ed «allosintetica», cioè rispettivamente impegnato a sintetizzare coppie di se stesso (autosintesi) oppure un'altra sostanza (RNA: allosintesi).L'attività intercinetica viene a questo proposito divisa in tre fasi, chiamate G1, S, G2. Nella fase G1 (in cui G può essere preso come iniziale di growth, accrescimento) la cellula sintetizza, sotto il controllo del DNA nucleare, tutto ciò che occorre al proprio metabolismo. Nella fase S (in cui S sta per sintesi, cioè sintesi di nuovo DNA nucleare) avviene la reduplicazione del DNA. Nella fase G2 la cellula riprende l'accrescimento, preparandosi alla divisione successiva.


VEDIAMO BREVEMENTE I FENOMENI CHE SI SVOLGONO NELLA FASE S


Anzitutto possiamo rappresentare le due catene antiparallele come se fossero già « despiralizzate ». A partire da un estremo i legami fra coppie di basi (A - T e G - C) vengono rotti, e le due catene complementari si allontanano (è adatto il paragone dell'apertura di una «lampo»). A questo punto un enzima (DNA-polimerasi) «scorre» lungo ogni singola catena, favorendo la formazione di legami fra i nucleotidi che la compongono e nuovi nucleotídi (precedentemente «attivati» con energia ceduta dall'ATP) prevalenti nel carioplasma. Ad ogni adenina si lega necessariamente una nuova timína, e via di seguito, formando man mano da ogni catena singola una nuova catena doppia.
La DNA-polimerasí sembra agire in vivo indifferentemente sulle due catene, qualunque sia la «direzione» (da 3 a 5 o viceversa).In tal modo, quando tutta la doppia catena originale di DNA è stata percorsa, si avrà la presenza di due doppie catene, esattamente uguali all'originale.Il termine che definisce questo fenomeno è «reduplicazione semiconservatíva», ove «reduplicazione» concentra i significatidi raddoppiamento quantitativo e di copia esatta, mentre «semiconservativa» ricorda il fatto che, per ogni nuova doppia catena di DNA, una sola catena è neosíntetica.
Il DNA contiene l'informazione genetica, che trasmette all'RNA; quest'ultimo la trasmette a sua volta alle proteine, regolando quindi le funzioni metaboliche della cellula. Di conseguenza l'intero metabolismo è direttamente o indirettamente sotto controllo del nucleo.
Il patrimonio genetico che troviamo nel DNA è destinato a dare le proteine specifiche alla cellula.
Se le prendiamo per coppie, le quattro basi daranno 16 combinazioni possibili, cioè 16 lettere, non sufficienti per tutti gli aminoacidi. Se invece le prendiamo a triplette, ci saranno 64 combinazioni, che possono sembrare troppe, ma che, in realtà, sono tutte in uso in quanto la scienza ha scoperto che diversi aminoacidi sono codificati da più di una tripletta. Si ha, quindi, la traduzione dalle 4 lettere delle basi azotate dei nucleotidi alle 21 degli aminoacidi; però, prima della «traduzione», c'è la «trascrizione», ancora nell'ambito delle quattro lettere, cioè il passaggio dell'informazione genetica dalle 4 lettere del DNA alle 4 lettere dell'RNA, tenendo conto che, al posto della timida (DNA), c'è l'uracile (RNA).
Il processo di trascrizione avviene quando, in presenza di ribonucleotidi, di enzimi (RNA-polimerasi) e di energia contenuta nelle molecole di ATP, si apre la catena del DNA e viene sintetizzato l'RNA, che è una riproduzione fedele dell'informazione genetica contenuta in quel tratto di catena aperta.
Ci sono tre tipi di RNA principali e tutti si originano dal DNA nucleare:

  • RNAm (messaggero)
  • RNAr (ribosomiale)
  • RNAt o RNAs (transfer o solubile)

A cura di: Lorenzo Boscariol