Introduzione alla biologia della
cellula
Lezione 3
Le biomolecole
DNA e RNA
Acidi nucleici
• DNA (acido desossiribonucleico)
• RNA (acido ribonucleico)
• Sono polimeri di monomeri detti
NUCLEOTIDI
• Un nucleotide è costituito da uno zucchero
(pentoso), una base azotata e un gruppo
fosfato
Zucchero (pentoso)
• RIBOSIO
(NELL’RNA)
• DESOSSIRIBOSIO
(NEL DNA)
Basi azotate
• PURINICHE
(costituite da DUE
ANELLI ciclici)
• Adenina
• Guanina
• PIRIMIDINICHE
(costituite da un solo
anello)
• Citosina
• Timina (presente solo
nel DNA)
• Uracile (presente solo
nell’RNA)
Il gruppo fosfato, la base azotata e lo zucchero si legano tramite
legami COVALENTI STABILI
Struttura del DNA
• Un nucleotide reagisce con un altro
nucleotide
• Il fosfato legato al C5 si lega al C3 del
nucleotide successivo
• Si crea così un asse zucchero-fosfatozucchero
• Ai lati sporgono le basi azotate
• Il DNA è costituito da due catene
nucleotidiche diposte in senso
ANTIPARALLELO
• Le basi hanno appaiamenti definiti, per
garantire la regolarità della struttura (la
distanza tra le due catene deve essere
costante)
La complicazione successiva consiste nell’avvolgimento
tridimensionale a elica. I gruppi fosfato (acidi) sporgono
all’esterno
la molecola di DNA interagisce bene con
sostanze basiche
Funzioni del DNA
• E’ depositario dell’informazione biologica
• Il significato delle informazioni è dato dalla
SEQUENZA dei nucleotidi nella catena
• TRASCRIZIONE: sintesi dell’RNA
• REPLICAZIONE: sintesi di nuovo DNA
Il codice genetico
• Il DNA contiene tutte le informazioni
necessarie (genoma) a costruire un
organismo
• Le informazioni sono scritte in un CODICE,
ovvero il codice genetico (sequenza di
triplette di basi azotate)
• Il messaggio è scritto sulla base della
SEQUENZA DELLE BASI; si legge
prendendo le basi a tre a tre
Duplicazione del genoma
(molecole di DNA).
• I legami che tengono insieme le basi sono
legami a idrogeno; la doppia elica si può
aprire facilmente . Si formano due catene
separate, ognuna delle quali serve da
STAMPO a un’altra catena
COMPLEMENTARE
• I nucleotidi vengono poi polimerizzati da
DNA-polimerasi
Duplicazione del DNA
Trascrizione
• Trascrivere l’informazione significa
formare molecole di RNA partendo da uno
stampo di DNA
• Solo una catena serve da stampo, e solo un
pezzo viene trascritto
• La copia complementare (m RNA) esce dal
nucleo
Struttura dell’RNA
• Lo zucchero utilizzato è il RIBOSIO
• Le basi azotate sono: adenina, citosina,
guanina e uracile
• Nell'RNA non troviamo la timina (T);
invece, è presente l'uracile (U). Anche
l'uracile lega l'adenina come fa la timina
• L’RNA non forma una doppia elica ma ha
la struttura di una catena semplice
(filamento singolo)
Esistono tre tipi di RNA
• RNA messaggero (mRNA): è un filamento
lineare
• RNA ribosomiale (rRNA): molecole
filamentose di RNA insieme a proteine
vanno a costituire un organulo (ribosoma)
• RNA transfer (tRNA): filamento singolo
dalla forma “a trifoglio”
• L’RNA non è in grado di replicarsi da solo,
ovvero di produrre copie di se stesso. I
diversi tipi di RNA vengono elaborati a
partire da un filamento di DNA, che agisce
da stampo, attraverso un processo detto
TRASCRIZIONE.
L'RNA messaggero (mRNA) è il prodotto della trascrizione del DNA e porta
l’informazione trascritta sul filamento al sito della sintesi proteica. Le due
estremità sono ORIENTATE perché sia riconoscibile il corretto senso di lettura.
L'RNA transfer (tRNA) è costituito da piccole molecole a forma di trifoglio,
ciascuna delle quali porta uno specifico aminoacido. A ogni codone (sequenza di
tre basi azotate, specifica per ogni aminoacido) sull'mRNA corrisponde un
anticodone sul tRNA.
L'RNA ribosomiale (rRNA) è il principale costituente dei ribosomi, gli organuli
cellulari su cui avviene la sintesi proteica.
Appendice
Il legame chimico
GLI ATOMI TENDONO A LEGARSI SPONTANEAMENTE
FRA DI LORO, PER FORMARE DELLE MOLECOLE,
OGNI QUALVOLTA QUESTO PROCESSO PERMETTE
LORO DI RAGGIUNGERE UNA CONDIZIONE DI
MAGGIORE STABILITA’ ENERGETICA.
ENERGETICA
QUESTO PROCESSO DA’ LUOGO AL LEGAME CHIMICO
OGNI LEGAME TRA ATOMI COINVOLGE GLI ELETTRONI
PERIFERICI, DETTI ELETTRONI DI VALENZA
Elettroni di valenza
Formalismo simbolico di Lewis
•Rappresentazione degli elettroni di valenza; permette di
seguire gli elettroni di valenza durante la formazione di un
legame
•Consiste nel simbolo chimico dell’elemento più un puntino
per ogni elettrone di valenza
Es.: Zolfo
Ha 6 elettroni di valenza. Il suo simbolo secondo
Lewis è:
Il legame covalente
• Si stabilisce tra due atomi che mettono in comune
una o più coppie di elettroni del guscio elettronico
più esterno
• Legame covalente puro (non polare): quando gli
atomi hanno elettronegatività identica; ne sono
esempi H2, O2, Cl2.
• Legame covalente polare: i doppietti elettronici in
comune tra gli atomi non sono equamente
condivisi. Gli elettroni di legame sono più vicini
all’atomo più elettronegativo, che acquista così
una parziale carica negativa (l’altro atomo
acquista una parziale carica positiva).
LEGAMI COVALENTI OMOPOLARI (PURI):
coinvolgono atomi uguali
LEGAMI COVALENTI ETEROPOLARI: coinvolgono atomi differenti
Gli ioni
• Uno ione è un ATOMO o una MOLECOLA che
possiede una CARICA (positiva o negativa)
• È quindi una specie chimica che ha acquistato o
ceduto uno o più elettroni rispetto alla sua forma
neutra (= priva di carica)
• Gli ioni carichi negativamente sono detti anioni e
quelli carichi positivamente sono chiamati cationi
Il legame ionico
• Forza di attrazione elettrostatica che si stabilisce
tra due ioni di carica opposta.
• Si forma tra atomi o gruppi di atomi tra i quali sia
avvenuto uno scambio di elettroni: l'atomo o il
gruppo atomico che cede elettroni si trasforma in
ione positivo (catione), l'atomo o il gruppo
atomico che acquista elettroni si trasforma in ione
negativo (anione).
• Si instaura con facilità tra elementi aventi
un'elevata differenza di elettronegatività (superiore
a 1,7) ed è tipico dei sali.
NaCl: ognuno dei due ioni Na+ e Cl− assume la
configurazione elettronica esterna a ottetto,
caratteristica dei gas nobili (il sodio assume la
configurazione del neo, il cloro quella dell'argo).
Il legame a idrogeno
• E’un particolare tipo di interazione fra molecole
che si forma ogni volta che un atomo di idrogeno,
legato ad un atomo fortemente elettronegativo
(capace di attrarre elettroni), interagisce
simultaneamente con un altro atomo molto
elettronegativo che abbia una coppia di elettroni
libera, come l’ossigeno, l’azoto o il fluoro.
• Viene rappresentato come una linea tratteggiata tra
l’idrogeno e l’altro atomo elettronegativo.
Struttura dell’acqua
Doppietti elettronici liberi in
alcune molecole
• Quando un atomo di idrogeno è legato ad atomi
molto elettronegativi, si ha una separazione di
cariche e la molecola, pur restando elettricamente
neutra, presenta una parziale carica positiva su un
atomo (in genere indicata come δ+) ed una parziale
carica negativa sull’altro (δ-). L’atomo di
idrogeno, che costituisce l'estremità positiva della
molecola, interagisce con l'estremità negativa di
un’altra molecola vicina, creando un vero e
proprio "ponte" tra le due molecole.
• Il singolo legame idrogeno è piuttosto debole. In
genere, però, se ne forma un gran numero
contemporaneamente, e tutti insieme hanno
un’influenza determinante sulle proprietà
chimiche e fisiche di composti polari come il
fluoruro di idrogeno e l’acqua
• Il legame idrogeno è un legame direzionale: è più
forte se l’idrogeno è allineato con i due atomi
elettronegativi