Acidi nucleici: DNA e RNA
Le informazioni genetiche di tutti gli esseri viventi si trovano negli acidi nucleici. Sono due, il DNA (acido desossiribonucleico) e l’RNA (acido ribonucleico) che differiscono fra di loro per la componente zuccherina e il tipo di struttura.
Il primo è a doppio filamento intrecciato ad elica, mentre il secondo è costituito da un filamento solo.
Sia DNA che RNA sono polimeri di unità ripetute chiamate nucleotidi, composti da un gruppo fosfato, uno zucchero e una base azotata. Questa unità si ripetono una accanto all’altra e costituiscono il codice genetico di un organismo o di un individuo. La loro scoperta avvenne nel 1869, ma ci volle quasi un secolo perché se ne comprendesse la struttura reale.
Acidi nucleici: la struttura del DNA
Il DNA è la macromolecola biologica che contiene tutte le informazioni genetiche relative a un essere vivente. Tra un individuo e l’altro o due animali della stessa specie risulta sempre diverso. I nucleotidi che lo compongono sono unità formate da una molecola di deossiribosio, un gruppo fosfato e una delle 4 basi azotate (adenina, timina, citosina e guanina).
La struttura del più complesso degli acidi nucleici è detta a doppia elica, in quanto i due filamenti che lo compongono si uniscono in questa spirale. A mantenere unita la struttura sono i legami idrogeno fra le basi azotate. Per la precisione la citosina si unisce alla guanina e la timina all’adenina. Tra le prima due ci sono due legami idrogeno, tra le altre invece si arriva a tre.
Tra le basi azotate la guanina e l’adenina hanno una struttura a doppio anello e sono chiamate purine. La timina e la citosina invece hanno un anello singolo e insieme sono le pirimidine. Una purina si associa sempre e solo alla pirimidina corrispondente in quanto il legame che si viene a formare è altamente specifico.
Per distinguere fra di loro i due filamenti si dice che uno va in direzione 5′-3′, mentre il secondo segue quella contraria (3′-5′). Infatti la “coda” di un filamento si lega alla “testa” dell’altro. La doppia elica del DNA compie un giro ogni dieci coppie di basi e la sua lunghezza è pari a 3,3 nm. La distanza fra i due filamenti invece è pari a 10,8 Å (angstrom).
Le funzioni del DNA
Il nucleo delle cellule eucariote è il compartimento cellulare dove si trova il patrimonio genetico. Qui il DNA si organizza in cromosomi, compattandosi e associandosi agli istoni, ovvero le proteine che mantengono stabili queste strutture. L’unione di acidi nucleici e istoni si chiama cromatina, ed è organizzata in questo modo per proteggere il DNA e controllarne la replicazione.
I cromosomi contengono i geni di un individuo o di un organismo e si tratta di sequenze di basi azotate che codificano per le proteine. Per sintetizzarle serve che avvenga la traduzione del DNA in RNA, che poi trasporta l’informazione genetica ai ribosomi. Grazie alla sua duplicazione durante la mitosi inoltre si ottengono cellule uguali fra di loro a livello di geni.
Negli acidi nucleici è possibile che le sequenze di geni siano soggette a mutazioni che possono arrivare a produrre una proteina difettosa o inutile. Evitare che si presentino questi “errori” è fondamentale perché le cellule esercitino le loro funzioni, anche se alcuni possono essere silenti, ovvero non portare alcuna variazione.
Altre possono anche rivelarsi vantaggiose e infatti il DNA è stato il motore dell’evoluzione grazie alle variazioni che si sono accumulate nel tempo. Il differenziamento fra le specie deriva dalla diversità a livello di codice genetico che porta gli organismi a produrre strutture corporee diverse.
Acidi nucleici: la struttura dell’RNA
A livello di basi azotate c’è una differenza fondamentale fra i due acidi nucleici. Mentre nel DNA l’adenina si associa alla timina, nell’RNA invece forma un legame con una base azotata chiamata uracile. Come la timina e la citosina anche questa base è una pirimidina e quindi è formata da un solo anello. Anche fra adenina e uracile si formano solo due legami idrogeno.
Grazie alla sua struttura a filamento singolo l’RNA è in grado di realizzare la catalisi chimica, e per questo esistono i ribozimi. Si tratta di molecole di RNA che possono funzionare come degli enzimi e quindi favorire delle reazioni chimiche. Alcuni possono compiere la reazione di catalisi su sé stessi per staccarsi da una molecola.
I vari tipi di RNA e le loro funzioni
Nel caso dell’RNA esistono più tipologie di acidi nucleici che portano questo nome e che si differenziano sia per struttura che per funzione. Vediamo i principali:
- mRNA o RNA messaggero. Il suo ruolo è quello di trascrivere l’informazione contenuta nel DNA e a sintetizzarlo è la RNA polimerasi. Viene poi fatto “maturare” attraverso i processi del capping, della poliadenilazione e dello splicing. Una volta giunto ai ribosomi viene tradotto in amminoacidi durante il processo della sintesi proteica.
- tRNA o RNA transfer/di trasporto. Si tratta di una molecola di RNA lunga appena 70-90 nucleotidi che assume una struttura secondaria simile a un trifoglio. I tre lobi vengono chiamati “braccia” del tRNA e il suo scopo è trasportare gli amminoacidi ai ribosomi per assemblare le proteine cellulari.
- rRNA o RNA ribosomale. Si tratta di quello presente in percentuale più abbondante fra gli acidi nucleici che rientrano nella categoria degli RNA. Compone i 2/3 della struttura degli organelli cellulari chiamati ribosomi dove avviene la sintesi proteica. Si suddivide fra rRBA della subunità maggiore dei ribosomi e quello della subunità minore.
