Sezione 12 · Chimica della vita
L'acido desossiribonucleico, comunemente noto come DNA, è usato da tutte le forme di vita come mezzo di memorizzazione delle informazioni genetiche. Il DNA contiene le istruzioni fondamentali per lo sviluppo e il mantenimento di qualsiasi organismo. Mentre il DNA è chimicamente molto simile all'RNA, è diverso in alcuni aspetti chiave.
Questa sezione fornirà una panoramica sulla sua struttura chimica, che è inestricabilmente collegata alla sua funzione.
Le unità monomeriche del DNA sono i deossiribonucleotidi, che sono costituiti da uno zucchero deossiribosio, un gruppo fosfato e una delle quattro nucleobasi. Il gruppo fosfato è attaccato all'atomo di carbonio 5' del desossiribosio, mentre la rispettiva base è collegata al carbonio 1'. In contrasto con l'RNA, che contiene zucchero ribosio, il desossiribosio del DNA manca di un gruppo idrossile (OH) al suo 2' carbonio. Questo ha importanti implicazioni per la struttura generale del DNA, che discuteremo tra poco.
Come per l'RNA, le quattro basi standard del DNA possono essere divise in due tipi, purine e pirimidine. La citosina (C) e la timina (T) sono pirimidine con la loro tipica struttura ad anello singolo, contenente due atomi di azoto al suo interno. La timina corrisponde all'uracile nell'RNA. Infatti, la timina può anche essere chiamata 5-metiluracile, poiché contiene un gruppo metile all'atomo 5' dell'anello pirimidinico. La connessione con il desossiribosio si forma all'azoto inferiore in questa rappresentazione.
Le basi puriniche adenina (A) e guanina (G) sono costituite ciascuna da due anelli contenenti azoto. Insieme alla pirimidina citosina, queste basi sono identiche sia nel DNA che nell'RNA. In questa rappresentazione l'azoto in basso a sinistra di ogni purina è attaccato al desossiribosio.
La polimerizzazione del DNA avviene tra il gruppo idrossile (OH) 3' del desossiribosio di una terminazione del DNA esistente o di un singolo deossiribonucleotide e il gruppo fosfato che è attaccato al carbonio 5' di un trifosfato deossiribonucleoside in arrivo. Durante la formazione del legame, due gruppi fosfato vengono rilasciati come difosfato (PPᵢ), che contemporaneamente fornisce energia per la reazione stessa.
Il DNA polimerico risultante è continuamente collegato dal suo scheletro zucchero-fosfato, mentre le nucleobasi si estendono ai lati del filamento. Un'estremità della molecola di DNA termina con un gruppo fosfato, che è attaccato al carbonio 5' dello zucchero desossiribosio. Pertanto, è chiamata l'estremità 5' del filamento di DNA. L'estremità opposta termina con un 3' OH libero ed è quindi chiamata estremità 3'. Ulteriori nucleotidi possono essere aggiunti solo all'estremità 3' di un filamento di DNA.
Il DNA è di solito a doppio filamento per tutta la sua lunghezza, a differenza dell'RNA. Due filamenti di DNA si associano attraverso uno specifico accoppiamento di basi, dove la A si accoppia solo con la T e la G si accoppia solo con la C, essendo collegati attraverso due e tre legami a idrogeno, rispettivamente. I due filamenti corrono in direzione opposta, che è comunemente definita come andare dalla fine 5' alla fine 3'. Quindi, i due filamenti di DNA sono antiparalleli l'uno all'altro e inversamente complementari nella loro sequenza di basi, poiché ogni base ha il suo distinto accoppiamento.
Il DNA ha una struttura elicoidale. In particolare, i suoi due filamenti formano una doppia elica con gli scheletri zucchero-fosfato (rappresentate in grigio) situate all'esterno e le coppie di basi all'interno che sono collegate attraverso legami a idrogeno. La doppia elica del DNA ha un solco maggiore, dove gli scheletri zucchero-fosfato sono più distanti e un solco minore, dove sono più vicine.
La struttura del DNA è particolarmente adatta alla sua copiatura e alla sua funzione primaria, cioè l'immagazzinamento di informazioni genetiche. Questa informazione, che è usata come modello per la costruzione e il mantenimento degli organismi, si trova nella specifica sequenza di basi del DNA con le sue quattro "lettere" A, G, C, e T.
Imparerai di più sulla copia, la lettura e la traduzione dell'informazione genetica nel seguente modulo sulla genetica.
Il DNA può essere modificato in vari modi, ma la modifica più importante è la metilazione del DNA. In particolare, si tratta della metilazione della citosina all'atomo 5' dell'anello pirimidinico. La base risultante è chiamata 5-metilcitosina e si accoppia ancora con la guanina, anche se questo piccolo cambiamento chimico ha effetti profondi sulla regolazione del materiale genetico. Questo è un esempio di modifica epigenetica, che sarà discussa più avanti in dettaglio.
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