ACIDI NUCLEICI 1

Gli Acidi Nucleici

Carla Sofia Abbracciavento

I Polinucleotidi

Gli acidi nucleici sono polimeri costituiti da nucleotidi (monomeri) e per questo motivo vengono anche chiamati polinucleotidi. Gli acidi nucleici sono i depositari dell’informazione genetica e svolgono un ruolo fondamentale nella sintesi delle proteine. In natura esistono 2 tipi di acidi nucleici:

• Acido desossiribonucleico DNA: contiene i geni, le informazioni ereditarie necessarie per realizzare la struttura primaria delle proteine di un organismo.
• Acido ribonucleico RNA: è trascritto dal DNA e perciò traduce le istruzioni del DNA nelle corrette sequenze di amminoacidi.

ACIDI NUCLEICI

La Biochimica degli Acidi Nucleici

Base Azotata

Zucchero

Gruppo Fosfato

Le basi azotate del DNA sono l’adenina(A), la timina(T), la citosina(C) e la guanina(G). Le basi azotate dell’RNA sono l’adenina(A), l’uracile (U), la citosina(C) e la guanina(G).

Zucchero monosaccaride pentoso (con 5 atomi di carbonio). Lo zucchero contenuto nel DNA è il desossiribosio. Lo zucchero contenuto nell’RNA è il ribosio.

Gruppo fosfato OPO2−3

Il Legame Fosfodiesterico

Il legame fosfodiesterico è un tipo di legame covalente in cui un atomo di fosforo è collegato a due altre molecole tramite due legami esterei. Collega l'atomo di carbonio in posizione 3' dello zucchero di un nucleotide con il carbonio in 5' del nucleotide successivo. Il gruppo fosfato è carico negativamente e perciò il DNA è ricco di cariche negative e avrà interazioni elettrostatiche con proteine (istoni, DNA polimerasi...), metalli (zinco, magnesio...) e molecole inorganiche (poliammine) carichi positivamente.

Le Pirimidine e le Purine

Le Pirimidine e le Purine sono due tipi di aromatici eterociclici composti organici e sono i componenti chiave degli acidi nucleici.Sono strutture ad anello che contengono azoto e carbonio negli anelli eterociclici. Una pirimidina è un anello organico costituito da sei atomi: 4 atomi di carbonio e 2 atomi di azoto. Gli atomi di azoto sono posti nelle posizioni 1 e 3 attorno all’anello. La citosina, la timina e l'uracile sono pirimidine.Un purina contiene un anello pirimidinico fuso con un anello di imidazolo (un anello a cinque membri con due atomi di azoto non adiacenti). Questa struttura a due anelli ha nove atomi formano l’anello: 5 atomi di carbonio e 4 atomi di azoto. L'adenina e la guanina sono purine.

DNA

Il DNA

Il DNA contiene i geni, le informazioni ereditarie necessarie per realizzare la struttura primaria delle proteine di un organismo.Il DNA costituisce il materiale genetico delle cellule e lo ritroviamo sia nel nucleo delle cellule eucariote che nel citoplasma delle cellule procariote.Le informazioni sono memorizzate secondo un linguaggio chimico, basato sull'ordine con cui si susseguono nella molecola del DNA le quattro diverse basi azotate. Il DNA assume una configurazione a doppia elica in cui due polinucleotidi si avvolgono a spirale l’uno intorno all’altro. Le basi azotate del DNA sono l’adenina(A), la timina(T), la citosina(C) e la guanina(G). I due filamenti del DNA sono tenuti insieme dai legami a idrogeno che si stabiliscono tra le basi azotate. La sua struttura gli permette di replicarsi con semplicità: le due eliche si separano gradualmente e su ciascuna può crescere un'altra elica, con la formazione infine di due doppie eliche uguali.

La Replicazione del DNA

La replicazione è il processo di duplicazione semiconservativa del DNA. Il processo è definito semiconservativo poiché le due nuove doppie eliche di DNA sono formate entrambe da uno dei vecchi filamenti e da un nuovo filamento complementare. Grazie alla replicazione, la cellula che si sta dividendo raddoppia il proprio materiale genetico per trasmetterne una copia a ognuna delle due cellule figlie. Un enzima DNA-elicasi rompe i legami a idrogeno tra le basi azotate e un breve tratto della doppia elica di DNA si despiralizza. In questo modo sporgono le basi azotate del DNA originario, che servono da "modello" per la formazione del nuovo DNA. Poi l'enzima DNA-polimerasi sintetizza le nuove eliche.

RNA

L'RNA

L'RNA è trascritto dal DNA e perciò traduce le istruzioni del DNA nelle corrette sequenze di amminoacidi.Gli amminoacidi sono i monomeri che costituiscono i polimeri delle proteine. L’RNA determina il processo di unione dei vari amminoacidi per formare i polipeptidi (da cui derivano le proteine) L'RNA si trova nel citoplasma delle cellule eucariote e procariote. L’RNA è costituito da un unico filamento polinucleotidico. Le basi azotate dell’RNA sono l’adenina(A), l’uracile (U), la citosina(C) e la guanina(G).

TIPOLOGIE DI RNA

tRNA

mRNA

rRNA

L'RNA di trasporto traduce le informazioni dell' mRNA nella sintesi corretta delle proteine.

L'RNA ribosomiale è il componente essenziale dei ribosomi che sono macchine catalitiche che assemblano le proteine.

L'm-RNA copia l'informazione contenuta nel DNA e la trasporta dal nucleo al citoplasma.

LA SINTESI PROTEICA

La sintesi proteica

La sintesi proteica è il processo con cui una sequenza di nucleotidi viene convertita nella successione di amminoacidi formanti una proteina. La sintesi si divide in due passaggi:

1. Trascrizione: le basi azotate sporgono dalla doppia elica del DNA e così il tratto di DNA che deve essere trascritto viene aperto in un punto preciso, caratterizzato dalla tripletta AUG di "inizio lettura". Un enzima, l'RNA-polimerasi, si lega a uno dei due filamenti di DNA che serve da "stampo", e procede dall'estremità 3' all'estremità 5' legando i ribonucleotidi complementari presenti nel nucleo. Si forma in questo modo l'm-RNA. Quando l'RNA-polimerasi giunge alla tripletta di "fine lettura", l'm-RNA si separa dalla catena di DNA, passa per i pori della membrana nucleare ed entra nel citoplasma, dove si lega ai ribosomi.
2. Traduzione: il t-RNA e l'r-RNA traducono il messaggio scritto sull'm-RNA in una sequenza di amminoacidi.

RIBOSOMA

La traduzione ha luogo nel ribosoma (formato da r-RNA e proteine), composto da due subunità: quella piccola contiene un sito di legame per l'm-RNA; quella grande ha due siti di legame per due molecole di t-RNA e un sito che catalizza la formazione del legame peptidico tra due amminoacidi adiacenti.La subunità piccola del ribosoma si sposta sul primo codone che è la tripletta di "inizio lettura" AUG e sul secondo che codifica il primo amminoacido della proteina. I due t-RNA si legano alla subunità grande e si forma un legame peptidico (cioè il legame tra amminoacidi che forma le proteine) tra i due amminoacidi trasportati.Il t-RNA di inizio si stacca dal ribosoma mentre il dipeptide (i due amminoacidi uniti dal legame peptidico) rimane legato al secondo t-RNA. Il processo di allungamento della catena polipeptidica prosegue in questo modo finché tutte le triplette sono state tradotte e viene raggiunto il codone di "fine lettura". La proteina completa si stacca dal ribosoma e specifici enzimi scindono il legame con la metionina.

LE MUTAZIONI

Le Mutazioni

Le mutazioni cromosomiche sono cambiamenti delle coppie di basi o di cromosomi, che alterano la lettura della sequenza delle basi del DNA e portano a una mutazione delle proteine.Se una mutazione avviene a livello di basi si parla di mutazioni geniche e quando coinvolge una sola base si parla di mutazioni puntiformi.

• sostituzione di basi: (mutazione per transizione), sostituzione una coppia di basi purina con un’altra purina e una pirimidina con un’altra pirimidina
• sostituzione di basi: (mutazione per trasversione) quando una purina è sostituita con una coppia pirimidina
• inserzione di basi: (mutazione frameshift) una o più coppie di basi sono aggiunte
• delezione di basi: (mutazione frameshift) una o più coppie di basi sono delete

L'ultimo tipo di mutazioni porta al cambiamento di lettura nella traduzione e poi nella trascrizione che rendono inutilizzabile la proteina prodotta.

La Tolleranza al Lattosio

L'intolleranza al Lattosio è determinata dall’assenza dell’enzima necessario per la metabolizzazione dell’alimento.Si verifica in caso di deficienza dell’enzima lattasi che scinde il lattosio (il principale zucchero del latte) in glucosio e galattosio in modo da renderli assorbibili dal nostro intestino.Se non viene correttamente digerito, il lattosio che rimane nell’intestino viene fatto fermentare dalla flora batterica intestinale con conseguenti manifestazioni cliniche gravi.Solo dopo una mutazione del gene gli uomini hanno integrato la capacità di digerire il latte perchè rappresenta un carattere vantaggioso per la popolazione.

I Tumori

La proteina tumorale 53 (gene TP53) è un fattore di trascrizione che regola il ciclo cellulare e ricopre la funzione di soppressore tumorale. La sua funzione è particolarmente importante negli organismi pluricellulari per sopprimere i tumori nascenti.Le mutazioni nella proteina oncosoppressore p53 sono tra le più frequenti alterazioni genetiche riscontrate nel cancro. Se la p53 perde la sua funzione provoca una proliferazione incontrollabile osservata nelle cellule tumorali. La mutazioni della p53 le conferisce nuove proprietà biochimiche e biologiche note come "guadagno di funzione" che contribuisce attivamente al processo di cancerogenesi.

LA STORIA

La Storia

La ricerca sulla struttura degli acidi nucleici ebbe inizi lenti perché gli acidi nucleici non si trovano in uno stato relativamente puro. Furono trovati nel lievito e nel timo. Il fatto che assorbivano luce ultravioletta e assumevano certi colori rivelò la loro presenza in vaste quantità nei cromosomi, già noti per essere associati alle trasformazioni genetiche e alla riproduzione.Nel 1932 W. T. Astbury dopo aver isolato e verificato che gli acidi nucleici potevano essere dissolti in un liquido glutinoso, dimostrò che i quattro nucleotidi (adenina, guanina, citosina e timina) si disponevano come monete ad angolo retto S. Furberg dimostrò che il cerchio delle molecole di zucchero era sistemato ad angolo retto in modo da poter essere raggiunto attraverso gli zuccheri dai fosfati per formare un polimero. ) Le analisi chimiche di E. Chargaff dimostrarono che il numero di purine e pirimidine era esattamente equilibrato.

...da premio Nobel

Crick e Watson enunciarono un’ipotesi secondo la quale l'organizzazione del DNA non è a elica singola ma doppia, dato che la purina di una catena si unisce con la pirimidina in un unico avvolgimento con essa. Wilkins e Rosalind Franklin fecero in seguito una verifica analizzandole con i raggi X. Un acido nucleico contiene quattro i nucleotidi e il loro ordine preciso costituisce la caratteristica di ogni specifico acido nucleico ed è trasmesso quando una nuova ma identica molecola di acido nucleico viene deposta sull'elica della vecchia.

Grazie per l'attenzione

Biblio e Sitografia

1. Biologia concetti e collegamenti
2. SYNLAB
3. Chimica-online
4. Sapere.it
5. Wikipedia