Acidi nucleici

Gli acidi nucleici sono le macromolecole più importanti per la continuità della vita. Portano il progetto genetico della cellula e portano istruzioni per il suo funzionamento.

DNA e RNA

I due principali tipi di acidi nucleici sono l’acido deossiribonucleico (DNA) e l’acido ribonucleico (RNA). Il DNA è il materiale genetico in tutti gli organismi viventi, che va dai batteri unicellulari ai mammiferi multicellulari. Si trova nel nucleo degli eucarioti e negli organelli, nei cloroplasti e nei mitocondri. Nei procarioti, il DNA non è racchiuso in una busta membranosa.

L’intero contenuto genetico della cellula è il suo genoma, e lo studio dei genomi è genomica. Nelle cellule eucariotiche ma non nei procarioti, il DNA forma un complesso con proteine istonali per formare la cromatina, la sostanza dei cromosomi eucarioti. Un cromosoma può contenere decine di migliaia di geni. Molti geni contengono le informazioni per creare proteine. Altri geni codificano per i prodotti a RNA. Il DNA controlla tutte le attività cellulari accendendo i geni o “spegnendo”.

L’altro tipo di acido nucleico, l’RNA, è principalmente coinvolto nella sintesi proteica. Le molecole di DNA non lasciano mai il nucleo ma usano invece un intermediario per comunicare con il resto della cellula. Questo intermediario è l’RNA messaggero (mRNA). Altri tipi di RNA – come rRNA, tRNA e microRNA – sono coinvolti nella sintesi proteica e nella sua regolazione.

DNA e RNA sono costituiti da monomeri chiamati nucleotidi. Tre componenti comprendono ogni nucleotide: una base azotata, uno zucchero pentoso (cinque atomi di carbonio) e un gruppo fosfato. Ogni base azotata in un nucleotide è attaccata a una molecola di zucchero, che è attaccata a uno o più gruppi fosfatici. Le basi azotiche, componenti importanti dei nucleotidi, sono molecole organiche e sono così chiamate perché contengono carbonio e azoto. Sono basi perché contengono un amminogruppo che ha il potenziale di legare un idrogeno in più, e quindi diminuire la concentrazione di ioni idrogeno nel suo ambiente, rendendolo più basilre. Ogni nucleotide nel DNA contiene una delle quattro possibili basi azotate: adenina (A), guanina (G), citosina (C) e timina (T). L’adenina e la guanina sono classificate come purine. La struttura primaria della purina è di due anelli carbonio-azoto. Citosina, timina e uracile sono classificate come pirimidine che hanno un singolo anello carbonio-azoto come struttura primaria. Ognuno di questi anelli di base carbonio-azoto ha diversi gruppi funzionali collegati ad esso. In biologia molecolare stenografia, conosciamo le basi azotate con i loro simboli A, T, G, C e U. DNA contiene A, T, G e C; mentre, l’RNA contiene A, U, G e C.

Lo zucchero pentoso nel DNA è deossiribosio, e nell’RNA, lo zucchero è ribosio. La differenza tra gli zuccheri è la presenza del gruppo idrossile sul secondo carbonio e idrogeno del ribosio sul secondo carbonio del deossiribosio. Il residuo fosfato si attacca al gruppo idrossile del carbonio 5′ di uno zucchero e al gruppo idrossile del carbonio 3′ dello zucchero del nucleotide successivo, che forma un collegamento fosfodiestere 5′-3′.

Struttura a doppia elica del DNA

Il DNA ha una struttura a doppia elica. Lo zucchero e il fosfato giacciono all’esterno dell’elica, formando la spina dorsale del DNA. Le basi azotate sono impilate all’interno, come un paio di gradini della scala. I legami idrogeno legano le coppie l’una all’altra. Ogni coppia di basi nella doppia elica è separata dalla coppia di basi successiva di 0,34 nm. I due filamenti dell’elica corrono in direzioni opposte, il che significa che l’estremità del carbonio 5′ di un filamento affronterà l’estremità del carbonio 3 ′ del suo filamento corrispondente. Sono consentiti solo alcuni tipi di accoppiamento di base: A può accoppiarsi con T e G può accoppiarsi con C. Questa è la regola di base complementare. In altre parole, i filamenti di DNA sono complementari l’uno all’altro.

RNA

L’acido ribonucleico, o RNA, è principalmente coinvolto nel processo di sintesi proteica sotto la direzione del DNA. L’RNA è solitamente a singolo filamento ed è costituito da ribonucleotidi che sono collegati da legami fosfodiesteri.

Esistono quattro tipi principali di RNA: RNA messaggero (mRNA), RNA ribosomiale (rRNA), RNA di trasferimento (tRNA) e microRNA (miRNA). Il primo, l’mRNA, porta il messaggio dal DNA, che controlla tutte le attività cellulari in una cellula. Se una cellula richiede una certa proteina, il gene si accende e l’RNA messaggero viene sintetizzato nel nucleo. La sequenza di base dell’RNA è complementare alla sequenza di codifica del DNA da cui è stata copiata. Nel citoplasma, l’mRNA interagisce con ribosomi e altri macchinari cellulari.

L’mRNA è letto in insiemi di tre basi note come codoni. Ogni codone codifica per un singolo amminoacido. In questo modo, l’mRNA viene letto e il prodotto proteico è fatto. L’RNA ribosomiale (rRNA) è uno dei principali costituenti dei ribosomi su cui si lega l’mRNA. L’rRNA assicura il corretto allineamento dell’mRNA e dei ribosomi. L’rRNA del ribosoma ha anche un’attività enzimatica (peptidil transferasi) e catalizza la formazione di legami peptidici tra due amminoacidi allineati. L’RNA di trasferimento (tRNA) è uno dei più piccoli dei quattro tipi di RNA, di solito lunghi 70-90 nucleotidi. Trasporta l’amminoacido corretto nel sito di sintesi proteica. È l’accoppiamento di base tra il tRNA e l’mRNA che consente all’amminoacido corretto di inserirsi nella catena del polipeptide. I microRNA sono le più piccole molecole di RNA, e il loro ruolo consiste nel regolare l’espressione genica interferendo con l’espressione di alcuni messaggi di mRNA.

Anche se l’RNA è a singolo filamento, la maggior parte dei tipi di RNA mostra un’ampia accoppiamento di basi intramolecolari tra sequenze complementari, creando una struttura tridimensionale prevedibile essenziale per la loro funzione.

Questo testo è adattato da Openstax, Biology 2e, Capitolo 3.5: Acidi nucleici.