La Struttura del DNA
La struttura laterale del DNA è
composta da unità ripetute ed
alternate di gruppi fosfato e di 2deossiribosio,
uno
zucchero
pentoso (a cinque atomi di
carbonio) che si lega ai fosfati
adiacenti
attraverso
legami
fosfodiesterici presso il terzo ed il
quinto carbonio. Conseguenza di
questi legami asimmetrici è il fatto
che ogni filamento di DNA ha un
senso. In una doppia elica, il
senso di un filamento è opposto a
quello
del
filamento
complementare. Per tale motivo, i
due filamenti che costituiscono
una doppia elica sono detti
antiparalleli.
Le
estremità
asimmetriche di un filamento di
DNA sono definite estremità 5′
(cinque primo) ed estremità 3′ (tre
primo).
Figura riportata nella
pubblicazione originale
di Watson e Crick
Nature, Aprile
1953
La larghezza è sempre di
22-26 Å ed è costante.
Infatti
i
“pioli”
che
formano questa scala
sono divisi in 2 gruppi:
pirimidinici (Guanina e
Adenina) che sono più
grandi rispetto alle purine
(Citosina e Timina).
L’ Appaiamento delle Basi
Ogni tipo di base presente su un filamento forma un legame con la
base posta sul filamento opposto. Tale evento è noto come
appaiamento complementare. Le basi puriniche formano legami
idrogeno con le basi pirimidiniche: Adenina può legare solo Timina
e Guanina può legare solo Citosina. L'associazione di due basi
viene comunemente chiamata paio di basi ed è l'unità di misura
maggiormente utilizzata per definire la lunghezza di una molecola
di DNA. Dal momento che i legami idrogeno non sono covalenti,
essi possono esser rotti e riuniti in modo relativamente semplice. I
due filamenti possono essere allontanati tra loro come avviene per
una cerniera sia dalle alte temperature che da un'azione
meccanica (come avviene durante la replicazione del DNA).
Conseguenza di questa complementarietà è il fatto che tutte le
informazioni contenute nella doppia elica possono essere
duplicate a partire da entrambi i filamenti, evento fondamentale per
una corretta replicazione del DNA.
L’appaiamento delle basi
implica la formazione di legami idrogeno
H
citosina
N
H
N
O
N
sugar
H
O
H
CH3
timina
H
sugar
N
O
N
N
H
O
N
N
N
N
H
H
N
N
N
N
sugar
adenina
N
sugar
guanina
I Legami fra le Basi Azotate
I due tipi di paia di basi formano un numero differente di legami
idrogeno: A e T ne formano due, G e C tre. Per tale motivo, la stabilità
del legame GC è decisamente maggiore di quello AT. Di
conseguenza, la stabilità complessiva di una molecola di DNA è
direttamente correlata alla frequenza di GC presenti nella molecola
stessa, nonché alla lunghezza dell'elica stessa: una molecola di DNA
è dunque tanto più stabile quanto più contiene GC ed è lunga.
Un'altra conseguenza di tale evento è il fatto che le regioni di DNA
che devono essere separate facilmente contengono un'elevata
concentrazione di A e T.
In laboratorio, la stabilità dell'interazione tra filamenti è misurata
attraverso la temperatura necessaria a rompere tutti i legami
idrogeno, chiamata temperatura di melting (o Tm). Quando tutti i
legami idrogeno sono rotti, i singoli filamenti si separano e possono
assumere strutture molto variegate.
La doppia elica del DNA ha 2
scanalature: una principale e una
secondaria. La doppia elica è una
spirale destrorsa (si avvolge in
senso orario). Con l'avvitarsi su sé
stessi dei due filamenti, restano
esposti dei solchi tra i diversi gruppi
fosfato. Il solco maggiore è largo 22
Å, mentre il solco minore è largo 12
Å. La differente ampiezza dei due
solchi si traduce concretamente in
una differente accessibilità delle
basi, a seconda che si trovino nel
solco maggiore o minore. Proteine
come i fattori di trascrizione,
dunque,
solitamente prendono
contatto con le basi presenti nel
solco maggiore.
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Senso e Antisenso
Una sequenza di DNA è definita senso se la sua sequenza è la stessa del
relativo mRNA. La sequenza posta sul filamento opposto è invece detta
antisenso. Dal momento che le RNA polimerasi lavorano producendo una copia
complementare, il filamento necessario per la trascrizione è l'antisenso. Sia nei
procarioti che negli eucarioti vengono prodotte numerose molecole di RNA
antisenso a partire dalle sequenze senso. La funzione di questi RNA non
codificanti non è stata ancora completamente chiarita. Si ritiene che gli RNA
antisenso possano giocare un ruolo nella regolazione dell'espressione genica.
Esistono alcune sequenze di DNA, sia in procarioti che in eucarioti (ma
soprattutto nei plasmidi e nei virus) in cui la differenza tra sequenze senso ed
antisenso è meno chiara, dal momento che le sequenze di alcuni geni si
sovrappongono tra loro. In questi casi, dunque, alcune sequenze rivestono un
doppio compito: codificare una proteina se lette in direzione 5'→3′ su un
filamento; codificarne un'altra se lette sull'altro (sempre in direzione 5'→3′). Nei
batteri, questa sovrapposizione genica è spesso coinvolta nella regolazione
della trascrizione, mentre nei virus il fenomeno è dovuto alla necessità di
contenere in un piccolo genoma un'elevata quantità di informazioni. Un altro
modo di ridurre le dimensioni genomiche è quello individuato da altri virus, che
contengono molecole di DNA lineare o circolare a singolo filamento.
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.
Gli acidi nucleici possono formare
vari tipi di doppia elica
Il DNA esiste in diversi tipi di conformazione. Esse sono denominate A-DNA, B-DNA, CDNA, D-DNA, E-DNA, H-DNA L-DNA,, P-DNA e Z-DNA. In ogni caso, solo A-DNA, B-DNA
e Z-DNA sono stati osservati in sistemi biologici naturali. La conformazione del DNA può
dipendere dalla sequenza, dal superavvolgimento, dalla presenza di modificazioni
chimiche delle basi o dalle condizioni del solvente, come la concentrazione di ioni
metallici. Di tali conformazioni, la conformazione B è la più frequente nelle condizioni
standard delle cellule Le due conformazioni alternative sono differenti dal punto di vista
della geometria e delle dimensioni.
La forma A è un'ampia spirale destrorsa (il solco minore è largo ma poco profondo, quello
maggiore è più stretto e profondo), con un passo di 2,9 nm (circa 11bp) ed un diametro di
2,5 nm. Tale conformazione è presente in condizioni non fisiologiche, quando il DNA viene
disidratato. In condizioni fisiologiche, è la conformazione che caratterizza gli eteroduplex
di DNA e RNA e che può formarsi nelle associazioni DNA-proteina.
La conformazione Z è tipica invece delle sequenze che presentano modificazioni chimiche
come la metilazione, in tratti ricchi di basi C e G. Essa assume da un andamento
sinistrorso, opposto rispetto alla conformazione B Ha un passo di 4,6 nm ed un diametro
di 1,8 nm, il solco maggiore più superficiale ed il solco minore stretto; deve il suo nome
all'andamento a zig-zag che la caratterizza. Queste strutture inusuali possono essere
riconosciute da specifiche Z-DNA-binding proteins, con conseguenze notevoli nella
regolazione della trascrizione. destrorsa
Fonti
•Wikipedia.org
•Molecularlab.it
•Parcogeneticasalute.it