Acidi nucleici
Molecole organiche di elevato peso molecolare presenti in tutte le cellule degli organismi procarioti ed eucarioti, nei virus e nei prioni. Esse sono rappresentate dall’acido desossiribonucleico, o DNA, e dall’acido ribonucleico, o RNA. Il termine che definisce tali molecole deriva dalla sede in cui esse furono localizzate per la prima volta, il nucleo cellulare. In seguito, si osservò che gli acidi nucleici possono trovarsi al di fuori di una struttura nucleare, come nel caso dell’RNA, che viene sintetizzato a livello del nucleo ma esplica la sua funzione nel citoplasma, o del DNA dei procarioti (che possiedono un cromosoma circolare ma non un vero nucleo), o dei virus (che, siano essi a DNA o a RNA, contengono i loro acidi nucleici in involucro proteico).
Acidi nucleici : DNA o Acido desossiribonucleico
Il DNA è un acido nucleico presente in tutti i viventi eucarioti e procarioti, in alcuni virus (detti virus a DNA) e nei prioni. Costituisce i geni dell’organismo e attraverso questi presiede alla sintesi delle proteine, molte delle quali sono enzimi. Esso, pertanto, svolge un ruolo fondamentale di controllo dell’attività della cellula. Tratti di molecole di DNA, avvolgendosi su particolari proteine dette istoni, formano i cromosomi.
Il DNA è in grado di replicarsi, ovvero di formare copie della sua stessa molecola, permettendo lo svolgersi dei processi di divisione cellulare (mitosi e meiosi). Dal DNA, inoltre, può avvenire la sintesi di un altro acido nucleico, l’RNA: il dogma centrale della genetica afferma che tale processo può avvenire secondo un’unica direzione, cioè dal DNA all’RNA. In realtà, la scoperta dei retrovirus ha evidenziato che esistono eccezioni a questo principio, dato che, almeno in questi virus, da un filamento di RNA attraverso uno specifico enzima (detto trascrittasi inversa) può avvenire la sintesi di DNA.
Molecola del DNA
Nella molecola del DNA, l’insieme di una base azotata, della molecola di desossiribosio cui essa è legata e della molecola di fosfato, prende il nome di nucleotide. I nucleotidi si possono dunque considerare le unità fondamentali del DNA. Una sequenza di tre nucleotidi viene detta tripletta o codone, e, come è stato stabilito con la scoperta del codice genetico, essa corrisponde a un particolare amminoacido. Questa proprietà permette lo svolgersi della sintesi proteica. La molecola di questo acido nucleico si avvolge su se stessa, assumendo la forma caratteristica che ha permesso di indicarla come “doppia elica”.
Struttura del DNA
La struttura del DNA fu spiegata attraverso il modello a doppia elica, proposto nel 1953 dal biochimico statunitense James Watson e dal biofisico britannico Francis Crick. Ogni molecola di questo acido nucleico può essere immaginata come una scala a pioli, i cui montanti sono composti da una sequenza di molecole dello zucchero desossiribosio e di gruppi fosfato, e i cui pioli corrispondono a coppie di basi azotate. Le basi azotate sono molecole che chimicamente appartengono al gruppo delle purine e a quello delle pirimidine. Nel DNA, in particolare, sono presenti l’adenina e la guanina (purine), la citosina e la timina (pirimidine). Esse si appaiano in modo che vi sia complementarietà di struttura tra una purina e una pirimidina; pertanto, l’adenina si appaia alla timina, la citosina alla guanina. L’appaiamento avviene mediante legami idrogeno.
La molecola di DNA (acido desossiribonucleico) contiene il patrimonio genetico di un organismo, codificato in un preciso “linguaggio” chimico e riprodotto nel nucleo di ogni cellula. Scoperta nel 1951 per mezzo di tecniche di diffrazione a raggi X, nel 1953 fu infine descritta come una struttura a doppia elica simile a una scala a pioli composta di diversi gradini.
Acidi nucleici : RNA o Acido ribonucleico
L’RNA è l’acido nucleico presente negli eucarioti, nei procarioti e in alcuni virus, detti “virus a RNA”. Nei procarioti e negli eucarioti, l’RNA è presente in diverse forme, ognuna specializzata in una determinata funzione: RNA messaggero (mRNA), RNA di trascrizione (tRNA), RNA ribosomiale (rRNA).
La struttura dell’RNA è formata da una sequenza di molecole dello zucchero ribosio, e di gruppi fosfato. A ciascuna molecola di zucchero è legata una base azotata, ossia una molecola che chimicamente può appartenere al gruppo delle purine (adenina, A, o guanina, G) o delle pirimidine (citosina, C, o uracile, U). L’unità formata da una base azotata, dallo zucchero cui questa è legata e dal gruppo fosfato è detta ribonucleotide. La molecola di RNA è pertanto una sequenza di ribonucleotidi. Nel caso del tRNA, il filamento di acido ribonucleico si ripiega assumendo una tipica conformazione, che ricorda un trifoglio; nel caso dell’rRNA, il filamento si associa con proteine a costituire le due subunità che compongono i ribosomi. L’mRNA ha una forma lineare e rappresenta il mediatore dell’informazione genetica tra il DNA e gli amminoacidi, nella fase di traduzione della sintesi proteica.
I diversi tipi di RNA vengono prodotti mediante la trascrizione, ossia mediante un meccanismo che assicura la “trascrizione” delle caratteristiche genetiche del DNA su molecole di acido ribonucleico. La molecola di DNA, formata da un doppio filamento avvolto su se stesso in modo elicoidale, si despiralizza e per opera di specifici enzimi si apre. A questo punto, la RNA polimerasi accoppia nuove basi azotate a quelle presenti su uno dei due filamenti di DNA, rispettando la complementarietà della loro struttura molecolare. In altri termini, all’adenina si appaia l’uracile, mentre alla citosina si appaia la guanina. Questo processo avviene in modo molto simile alla replicazione del DNA, con la differenza che l’RNA messaggero come base complementare all’adenina (A) contiene uracile (U) al posto della timina (T). Completata la sintesi del filamento di RNA, questo si distacca da quello di DNA; il DNA si richiude e ritorna in forma spiralizzata. Negli organismi eucarioti, in cui il DNA si trova all’interno del nucleo cellulare, la trascrizione avviene all’interno di questo.
Il cosiddetto “dogma centrale della biologia molecolare” stabilisce che il flusso delle informazioni passa dal DNA all’RNA e dall’RNA alle proteine.
