DNA
Struttura e Funzioni del
DNA
L’acido desossiribonucleico detto
è un acido nucleico che contiene
le informazioni genetiche necessarie
alla biosintesi di RNA e proteine,
molecole indispensabili per lo sviluppo
ed il corretto funzionamento della
maggior parte degli organismi viventi.
DNA
Dal punto di vista chimico, il DNA è un polimero
organico costituito da monomeri chiamati nucleotidi
(deossiribonucleotidi). Tutti i nucleotidi sono
costituiti da tre componenti fondamentali: un gruppo
fosfato, il deossiribosio (zucchero pentoso) e una
base azotata che si lega al deossiribosio con legame
N-glicosidico. Le basi azotate che possono essere
utilizzate nella formazione dei nucleotidi da
incorporare nella molecola di DNA sono quattro:
adenina, guanina, citosina e timina e nel RNA, al
posto della timina, è presente l'uracile
Il 25 aprile del 1953 James Watson e Francis Crick descrivono in una
breve lettera sulla rivista Nature la loro grande scoperta: la struttura
molecolare del DNA, custodita nel nucleo di tutti gli organismi viventi.
L'identificazione della sua struttura ha rivoluzionato il mondo scientifico. La
scoperta del DNA ha oltrepassato i confini della biologia e ispirato i settori
più diversi della società nel secolo scorso. La scoperta è valsa il conferimento
del Premio Nobel, nel 1962, ai tre padri della biologia molecolare: Francis
Crick, James Watson e Maurice Wilkins.
Struttura del DNA
Il DNA è un polimero di unità più piccole legate tra loro attraverso legami
fosfo-diesterici: i nucleotidi.
Abbiamo 4 diversi tipi di nucleotidi, che si differenziano per la base azotata
che contengono. Infatti un nucleotide è costituito da uno zucchero ,un
gruppo fosfato, ed una base azotata (citosina, adenina, timina, uracile,
guanina).
Il doppio filamento è costituito da due filamenti anti paralleli (e quindi con
direzioni opposte, 5'-3' e 3'-5'), attorno ad un asse centrale. In funzione della
composizione del filamento dell'idratazione, abbiamo diverse forme. Si
distinguono infatti isoforme A, B, Z dove sono diversi alcuni parametri
strutturali, come il diametro della doppia elica, o la distanza tra un filamento e
l'altro.
A causa di proteine dette isotoniche che si associano con il DNA, il filamento
si organizza in nucleosomi, e queste si strutturano in polinucleosomi. Essi poi
si condensano ulteriormente in nucleofilamenti, che si associano in anse su
una struttura polisaccaridica, detta scaffold, che costituisce proprio lo
scheletro del cromosoma.
Funzioni del DNA
Negli eucarioti, il DNA è solitamente presente all'interno di
cromosomi lineari e circolari nei procarioti. La somma di tutti i
cromosomi di una cellula ne costituisce il genoma; il genoma
umano conta circa 3 miliardi di paia di basi contenute in 46
cromosomi. L'informazione è conservata in sequenze di DNA
chiamate geni. La trasmissione dell'informazione contenuta nei
geni è garantita dalla presenza di sequenze di basi azotate
complementari. Infatti, durante la trascrizione, l'informazione
può essere facilmente copiata in un filamento complementare di
RNA. Solitamente, tale copia di RNA è utilizzata per sintetizzare
una proteina, attraverso un processo definito traduzione (o
sintesi proteica). In alternativa, una cellula può semplicemente
duplicare l'informazione genetica attraverso un processo definito
replicazione del DNA.
Approfondimento sul codice genetico
Il codice genetico consiste di parole di tre lettere chiamate
codoni, costituite dalla sequenza di tre nucleotidi (ad esempio
ACT, CAG, TTT), ognuna delle quali è associata ad un
particolare amminoacido. Ad esempio la timina ripetuta in una
serie di tre (TTT) codifica per la fenilalanina. Utilizzando gruppi
di tre lettere si possono avere fino a 64 combinazioni diverse
(43), in grado di codificare per i venti diversi amminoacidi
esistenti. Poiché esistono 64 triplette possibili e solo 20
amminoacidi, il codice genetico è detto ridondante (o degenere):
alcuni amminoacidi possono infatti essere codificati da più
triplette diverse. Non è invece vero il contrario: ad ogni tripletta
corrisponderà un solo amminoacido (senza possibilità di
ambiguità). Esistono infine tre triplette che non codificano per
nessun amminoacido, ma rappresentano codoni di stop (o
nonsense), ovvero indicano il punto in cui, all'interno del gene,
termina la sequenza che codifica per la proteina corrispondente:
si tratta dei codoni TAA, TGA e TAG.
I danni al DNA
Il DNA può essere danneggiato dall'azione di numerosi agenti, genericamente
definiti mutageni. Tra di essi figurano ad esempio agenti ossidanti, agenti
alchilanti ed anche radiazioni ad alta energia, come i raggi X e gli UV. Il tipo di
danno causato al DNA dipende dal tipo di agente: gli UV, ad esempio,
danneggiano il DNA generando la formazione di dimeri di timina, costituiti
da ponti aberranti che si instaurano tra basi pirimidiniche adiacenti. Agenti
ossidanti come i radicali liberi o il perossido di idrogeno, invece, producono
danni di tipo più eterogeneo, come modificazioni di basi (in particolare di
guanine) o rotture del DNA a doppio filamento. Di tali lesioni, le più
pericolose sono le rotture a doppio filamento, dal momento che tali danni
sono i più difficili da riparare. Molti agenti devono il loro potere mutageno
alla capacità di intercalarsi tra due basi azotate consecutive. Gli intercalanti
sono tipicamente molecole planari e aromatiche, come l'etidio, la
daunomicina, la doxorubicina o la talidomide. Perché un intercalante possa
trovare posto tra le due basi, occorre che la doppia elica si apra e perda la sua
conformazione standard. Tali modifiche strutturali inibiscono sia la
trascrizione che la replicazione del DNA ed aumentano la possibilità di
insorgenza di mutazioni.