2  Acidi nucleici, nucleotidi e codice genetico

Ogni vivente deve le proprie caratteristiche a un particolare acido che prende il nome di DNA o acido desossiribonucleico. Questo acido porta le informazioni necessarie a svolgere due funzioni fondamentali: la replicazione e il differenziamento. Esso consente la vita degli organismi grazie alla codificazione e alla trasmissione dell’informazione genetica che vi è contenuta sotto forma di codice genetico il quale, una volta interpretato, dà origine alle proteine o a RNA funzionali.

     Il DNA

Il DNA è costituito da due filamenti che nel loro insieme ricordano una cerniera lampo [  5  ]: infatti, come in una cerniera, i filamenti possono restare uniti o separarsi temporaneamente per poi ritornare ad unirsi.

Chimicamente il DNA si può definire un polimero di quattro diversi monomeri detti nucleotidi (base azotata + zucchero pentoso + acido fosforico). L’immagine del DNA, ottenuta per la prima volta trapassando la molecola con i raggi X, rivelò una struttura simile a una scala a chiocciola: due “corrimano” di zuccheri (molecole di desossiribosio fosforilato), quattro diversi “gradini” (le basi azotate: adenina, guanina, timina, citosina) a formare una doppia elica.

Il legame fra adenina e timina e fra guanina e citosina è a idrogeno, quello fra una base azotata e il desossiribosio è N-glicosidico, mentre quello fra i vari nucleotidi è realizzato dal gruppo fosfato che si unisce al carbonio in posizione 5’ del desossiribosio di un nucleotide col carbonio in posizione 3’ del desossiribosio del nucleotide successivo.

Per motivi sterici (di ingombro fisico) la successione delle basi non può essere casuale e si scoprì che l’adenina di un’elica poteva legarsi, con legame a idrogeno, solo alla timina dell’altra elica e la guanina alla citosina. A causa di questo vincolo ogni elica è speculare all’altra. Il DNA ha perciò una struttura ad alfa-elica, con giri destrorsi e con catene antiparallele orientate in direzioni opposte (antiparallele); quindi un filamento corre in direzione 5’ ➜ 3’, mentre il filamento complementare è orientato in direzione 3’ ➜ 5’. Tale fenomeno si definisce antiparallelismo dei filamenti.

Per quantificare il DNA, si fa riferimento al numero delle paia di basi (essendo il DNA costituito da due eliche in cui i nucleotidi si affacciano a coppie) e si usano come unità di misura i simboli: bp (base pairs - coppia di basi), kb (kilobasi), Mb (megabasi). Per esempio, un frammento costituito da 1.000.000 di paia di basi, può essere indicato come 1.000.000 bp, 1.000 kb, o 1 Mb. Il DNA può essere paragonato a un archivio nel quale sono conservate tutte le informazioni utili a determinare le caratteristiche di un individuo.

     L’RNA

L’RNA (acido ribonucleico) è un acido nucleico il cui principale compito è guidare la sintesi delle proteine a partire dall’informazione contenuta nei geni nel DNA [  6  ].

L’RNA differisce dal DNA per le dimensioni, per la struttura dei nucleotidi e per il ruolo che svolge nella cellula:

1. la prima differenza riguarda le dimensioni: la molecola dell’RNA è infatti molto più piccola, essendo formata da un filamento unico;

2. la seconda differenza riguarda le basi azotate: nel DNA è presente la timina, che nell’RNA è sostituita dall’uracile, una timina demetilata. Le altre tre basi azotate, guanina, citosina e adenina, sono invece presenti in entrambi gli acidi nucleici;

3. la terza differenza riguarda lo zucchero, che nell’RNA è il ribosio. Questo zucchero contiene un gruppo ossidrilico in posizione 2 che è assente nel desossiribosio del DNA (acido desossiribonucleico).

Questa caratteristica fa sì che l’RNA non risulti idoneo alla conservazione dell’informazione, poiché lo espone a un’idrolisi più rapida.

Vi sono tre tipi di RNA [  7  ]:

• RNA messaggero (mRNA) che ha il compito di trasferire nel citoplasma l’informazione. È una molecola lineare di lunghezza variabile che viene degradata e risintetizzata con grande rapidità e ha una vita media molto più breve degli altri RNA;

• RNA transfer (tRNA), costituito da piccole molecole di circa 80 nucleotidi, con una peculiare forma a “trifoglio” data da ibridazioni tra le basi, responsabili della lettura e traduzione del codice genetico;

• RNA ribosomiale (rRNA) che è la forma più abbondante e stabile presente nei ribosomi citoplasmatici.