biologia come gioco
Costruire con i K’Nex un modello 3-D del DNA
Prof.ssa Maria Pia Garaffa
I.I.S.S. A.Greppi Progetto “Scuola e casa…a misura di radon”
Introduzione
Realizzare un modello del DNA è un modo utile per imparare qualcosa su
questa struttura complessa e unica che sta alla base delle nostre cellule. Con il
gioco di costruzioni K’Nex è possibile visualizzare un modello 3-D molto
accurato del DNA umano, che permette, tra l’altro, di mostrare in modo chiaro
quali tipi di danni alla sua struttura possono causare le razioni ionizzanti, come
quelle emesse dal gas radon. Questo giocattolo si dimostra particolarmente
efficace per stimolare la curiosità per il sapere scientifico perché rende chi lo fa
attore delle sue scoperte e delle sue creazioni, stimolando la voglia di
imparare, comprendere e comunicare ciò che si apprende.
Cos'e' il DNA e cosa fa?
L'acido desossiribonucleico (DNA) e' una molecola presente in tutte le cose
viventi, inclusi batteri, piante ed animali. Il DNA porta l'informazione genetica
che e' ereditata, o trasmessa dai genitori alla progenie. E' responsabile del
colore dei capelli, degli occhi e dalla pelle, dei lineamenti del viso, della
carnagione, dell'altezza, del tipo di sangue, e di qualsiasi altra cosa che rende
l'individuo unico. Il DNA contiene 4 unita' chimiche caratterizzate dalla prima
lettera dei loro nomi: A (adenina), G (guanina), T(timina), e C (citosina).
Queste 4 “lettere” del DNA costituiscono il codice per l'informazione genetica.
Le basi azotate del DNA sono organizzate per creare messaggi, chiamati geni,
che possono essere compresi dalle cellule. Questi geni contengono
l'informazione per costruire le proteine, responsabili per quasi la totalita' delle
strutture e funzioni del corpo; un gene contiene tutte le informazioni
necessarie per costruire una proteina.
Materiale occorrente
Procurarsi il kit della K’Nex DNA Replication & Transcription e, seguendo le
indicazioni dal manuale allegato, prendere dalla scatola i seguenti pezzi

17 basi azotate di Adenina (C5H5N5)

8 basi azotate di Timina (C5H6N2O2)

17 basi azotate di Guanina (C5H5N5O)

17 basi azotate di Citosina (C4H5N3O)

33 gruppi fosfati (PO43-)

10 legami idrogeno tripli

8 legami idrogeno doppi

25 parti di gruppi fosfati (PO43-)

2 filamenti rossi

3 supporti per la struttura

17 elementi di deossiribosio (C5H10O4)

3 tappini rossi

6 tappini viola

Un tubo flessibile viola lungo 154cm per la struttura centrale del DNA
Procedimento
Per prima cosa si apre il kit di costruzione del DNA e si estraggono tutti gli
elementi neccessari alla costruzione e il libretto illustrativo. Dopo aver
suddiviso i pezzi del kit secondo tipologia comune, si può iniziare a costruire il
modellino. Si iniziano ad assemblare le basi azotate facendo attenzione che
l'Adenina sia appaiata solo con la Timina e la Citosina sia appaiata soltanto con
la Guanina. Tra una base azotata e l'altra bisogna inserire un ponte idrogeno
ricordando che tra Adenina e Timina è presente un doppio legame e tra
Citosina e Guanina un triplo legame. Nell’ immagine in basso sono mostrati i
corretti appaiamenti tra le basi azotate.
Figura 1. Complesso Adenina-Timina
Figura 2: Complesso Guanina-Citosina
Una volta assemblate correttamente le basi azotate, si possono unire
all’elemento rappresentante lo zucchero pentoso del DNA, il deossiribosio. Per
completare il nucleotide, in questo caso deossiribonucleotide è necessario
aggiungere il pezzo del kit che rappresenta il gruppo fosfato, attaccando
quest’ultimo come se fosse una clip alla rispettiva asticella (vedi figura 3). Una
volta completato il primo filamento (arbitrario il fatto di costruire prima il
filamento sinistro o il destro) si ripete la stessa procedura per il secondo. Ora
che si è formata la struttura piana del DNA, attraverso i già presenti fori nelle
asticelle dei legami a ponti idrogeno, si fa scorrere il filamento di supporto
della struttura. Eventualmente si possono effettuare con la metà dei pezzi due
doppi filamenti, in cui poi nel primo viene infilato il supporto rigido, e nel
secondo viene inserito il tubo sempre di supporto ma flessibile, così da
garantire una maggiore versatilità nell’allocazione del modellino finito.
Successivamente al posizionamento dei supporti centrali si ruota l’intera
struttura affinché il modellino possa assumere la caratteristica disposizione a
doppia elica. Si raccomanda di fare attenzione nel ruotare la struttura, essendo
composta principalmente da parti semimovibili, ma pur sempre rigide e in
plastica. Una volta ruotato il modellino più rigido si può utilizzare l’apposito
supporto fornito nel kit per posizionarlo verticalmente su qualsiasi superficie,
mentre per il modellino flessibile si possono utilizzare i tappini forniti nel kit per
bloccare la struttura nella disposizione desiderata.
Osservazioni
Il modellino costruito mostra in maniera semplificata la struttura di un
segmento casuale del DNA umano, sottolineando l’importanza del corretto
appaiamento delle basi azotate, degli zuccheri e dei gruppi fosfati al suo
interno.
Conclusioni
Alla fine dell’esperienza sono stati raggiunti gli obiettivi prefissati, in quanto è
stato possibile costruire una versione tridimensionale del DNA fedele alla
realtà. Questo modello tridimensionale fa comprendere agli alunni i danni che il
decadimento del gas radon può provocare sul dna tramite le sue radiazioni alfa
altamente ionizzanti. Nei polmoni le particelle alfa che si liberano in seguito al
decadimento del radon e della sua progenie possono danneggiare il DNA e
l’RNA delle cellule. Se i naturali meccanismi di riparazione degli acidi nucleici
(DNA e RNA) non sono in grado di riparare tutti i danni causati da queste
radiazioni alfa allora vi è la possibilità che il tutto possa portare alla formazione
di un tumore ai polmoni.