Strutture del DNA
Cominciamo ora a vedere più da vicino la struttura del DNA e poi i
processi che permettono di trasmettere, mantenere e modificare
questa molecola da una generazione all’altra.
Cercheremo cioè di rispondere alle seguenti domande sulla
molecola di DNA:
- Come può la struttura determinare la funzione?
- Come può essere contenuta nel nucleo, date le sue dimensioni
estremamente lunghe?
- Come viene replicata in modo così accurato durante il ciclo
cellulare?
- Come viene protetta e riparata da danneggiamenti spontanei o
ambientali?
- Come si scambiano le sequenze fra cromosomi nei processi di
ricombinazione?
Oggi sappiamo che la molecola di DNA è sottoposta sia a
processi di conservazione (riparo del danno) che di cambiamento
(evoluzione), oltre che a forze che tendono a:
- separarne i filamenti,
- contorcerla in strutture topologiche ben definite
- avvolgerla attorno a proteine che generano strutture specifiche,
o che rompono e richiudono la doppia elica.
Tutte queste operazioni sono mediate da enzimi e apparati
molecolari specifici, che permettono la propagazione, il
mantenimento e la modificazione del materiale genetico.
Cominciamo col vedere la struttura del DNA a livello atomico, la
chimica delle basi, l’interazione fra le coppie di basi che tengono
uniti i due filamenti, le costrizioni topologiche cui è sottoposto il
DNA, gli effetti biologici di tali costrizioni e gli enzimi che le
modificano.
Le varie forme del DNA
Confronto fra le forme A, B e Z
Forma A
Forma B
Forma Z
Senso dell’elica
Destrorsa
Destrorsa
Sinistrorsa
Diametro
26 Å
20 Å
18 Å
Coppie basi/giro
11
10.5
12
Distanza fra le basi
2.6 Å
3.4 Å
3.7 Å
Piegamento basi rispetto
alla normale all’asse
20°
6°
7°
Conformazione zucchero C3’-endo
C2’-endo
C2’-endo (Py)
C3’-endo (Pu)
Conformazione legame
N-glicosidico
Anti
Anti (Py)
Syn (Pu)
Anti
Strutture dell’RNA
Topologia del DNA
Il DNA è una molecola flessibile, la cui struttura (e dinamica) dipende
molto dalla forza ionica e dalla natura delle proteine con cui interagisce.
Se la molecola è lineare e con terminali non vincolati, il numero di
avvolgimenti di un filamento attorno all’altro può variare per rotazione
reciproca.
Se però la molecola è circolare chiusa, o le estremità sono vincolate, es.
da interazioni con proteine, il numero di giri di un filamento attorno
all’altro non può variare, ossia ha una topologia ben definita.
Nonostante ciò, i due filamenti devono essere separati in molti
processi, come replicazione e trascrizione.
Capire la topologia del DNA e come la cellula possa modificarla a
proprio vantaggio è di fondamentale importanza in biologia molecolare.