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il DNA: cos'è e come funziona, Dispense di Scienze e tecnologie applicate

La struttura del DNA e dei nucleotidi, le basi azotate, la denominazione dei nucleotidi e la duplicazione del DNA. Vengono inoltre presentati i due acidi nucleici, il DNA e l'RNA, e la loro funzione di depositari dell'informazione genetica. La struttura del DNA è stata ricostruita da James Watson e Francis Crick nel 1953.

Tipologia: Dispense

2020/2021

In vendita dal 02/02/2023

giuliamarin.o
giuliamarin.o 🇮🇹

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IL DNA
I nucleotidi!
Gli acidi nucleici sono il DNA (acido desossiribonucleico) e l’RNA (acido
ribonucleico), entrambe depositarie dell’informazione genetica, cioè la
trasmissione dei caratteri ereditari. Sia il DNA che l’RNA sono polimeri lineari, che
hanno come monomeri due nucleotidi: un nucleotide è formato dall’unione di tre
specie chimiche semplici, cioè una base azotata, una molecola di zucchero a
cinque atomi di carbonio (pentoso) e un gruppo fosfato. !
I nucleotidi si dividono in due classi, ribonucleotidi (RNA) e desossiribonucleotidi (DNA), a
seconda che lo zucchero contenga ribosio o desossiribosio. Nell’RNA il ribosio è legato a una di
quattro possibili basi azotate: adenina e guanina (purine), citosina e uracile (pirimidine). Il DNA si
dierenzia dall’RNA perché la base azotata timina (anche questa rientra nelle pirimidine)
sostituisce l’uracile. !
Una molecola costituita da un pentoso e da una base azotata, ma priva del gruppo fosfato,
prende il nome di nucleoside. A seconda della base azotata presente, si hanno
l'adenosina, la guanosina, la citidina, la timidina e l’uridina. !
La denominazione dei nucleotidi!
La denominazione dei nucleotidi si basa sull'impiego di sigle a tre lettere:!
-La prima lettera indica il tipo di nucleoside presente: A, adenosina, G, guanosina, C, citidina,
T, timidina, U, uridina. !
-La seconda lettera indica il numero di gruppi fosfato: M (mono-), D (di-), T (tri-), a seconda
che siano presenti da uno a tre gruppi.!
-La terza lettera è sempre P, che sta per fosfato”. Nel caso dei desossiribonucleotidi, le
abbreviazioni sono precedute dalla lettera d, del susso desossiri-. !
La struttura della molecola di DNA!
Le molecole di DNA sono polimeri lineari formati dall'unione di un grande numero di
desossiribonucleotidi di quattro tipi diversi: dAMP, dGMP, dTMP, dCMP. Queste unità sono
legate tra loro attraverso il gruppo fosfato unito all’OH in posizione 3 del desossiribosio
(C5H10O4) del nucleotide successivo mediante un legame fosfodiestere (tra il gruppo ossidrile del
carbonio C3 di un nucleotide e il gruppo fosfato legato al C5 del nucleotide successivo). Grazie a
questa organizzazione strutturale si originano lunghe catene che mostrano un preciso
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IL DNA

I nucleotidi Gli acidi nucleici sono il DNA ( acido desossiribonucleico ) e l’ RNA ( acido ribonucleico ), entrambe depositarie dell’informazione genetica, cioè la trasmissione dei caratteri ereditari. Sia il DNA che l’RNA sono polimeri lineari, che hanno come monomeri due nucleotidi : un nucleotide è formato dall’unione di tre specie chimiche semplici, cioè una base azotata , una molecola di zucchero a cinque atomi di carbonio ( pentoso ) e un gruppo fosfato. I nucleotidi si dividono in due classi, ribonucleotidi (RNA) e desossiribonucleotidi (DNA) , a seconda che lo zucchero contenga ribosio o desossiribosio. Nell’RNA il ribosio è legato a una di quattro possibili basi azotate: adenina e guanina ( purine ), citosina e uracile ( pirimidine ). Il DNA si differenzia dall’RNA perché la base azotata timina (anche questa rientra nelle pirimidine ) sostituisce l’uracile. Una molecola costituita da un pentoso e da una base azotata, ma priva del gruppo fosfato, prende il nome di nucleoside. A seconda della base azotata presente, si hanno l' adenosina , la guanosina , la citidina , la timidina e l’ uridina. La denominazione dei nucleotidi La denominazione dei nucleotidi si basa sull'impiego di sigle a tre lettere:

- La prima lettera indica il tipo di nucleoside presente: A, adenosina, G, guanosina, C, citidina,

T, timidina, U, uridina.

- La seconda lettera indica il numero di gruppi fosfato : M (mono-), D (di-), T (tri-), a seconda

che siano presenti da uno a tre gruppi.

- La terza lettera è sempre P, che sta per “ fosfato ”. Nel caso dei desossiribonucleotidi, le

abbreviazioni sono precedute dalla lettera d, del suffisso desossiri-. La struttura della molecola di DNA Le molecole di DNA sono polimeri lineari formati dall'unione di un grande numero di desossiribonucleotidi di quattro tipi diversi: dAMP , dGMP , dTMP , dCMP. Queste unità sono legate tra loro attraverso il gruppo fosfato unito all’OH in posizione 3 del desossiribosio (C5H10O4) del nucleotide successivo mediante un legame fosfodiestere (tra il gruppo ossidrile del carbonio C3 di un nucleotide e il gruppo fosfato legato al C5 del nucleotide successivo). Grazie a questa organizzazione strutturale si originano lunghe catene che mostrano un preciso

orientamento: a un'estremità, l'inizio della catena, vi è un gruppo fosfato libero in posizione 5, mentre all'estremo opposto si trova un gruppo OH libero in posizione 3. La sequenza di un filamento di DNA è la successione delle basi azotate lette dall'estremità 5 all’estremità 3 (leggerle al contrario rappresenta una catena diversa). L'organizzazione strutturale del DNA è stata ricostruita nel 1953 da James Watson e da Francis Crick, che riuscirono a costruire un modello tridimensionale del DNA. Questo appare formato da due filamenti antiparalleli , cioè uno con direzione 3’ —> 5’ e l’altro con direzione 5’ —> 3’, associati in una doppia elica. Le basi di purine e pirimidine dei due filamenti sono dirette le une verso le altre all'interno dell'elica, formando delle coppie che possono essere viste come gradini di una scala a chiocciola, in cui il corrimano è rappresentato dallo zucchero-fosfato (Z-P), posto all’esterno: l'accoppiamento delle basi avviene lungo direzioni perpendicolari all'asse della doppia elica. Tra le coppie di basi azotate esiste una specificità di appaiamento (proposta per la prima volta nel 1950 da Chargaff ): l’adenina può associarsi solo con la timina ( A-T ), e viceversa, mentre la guanina può associarsi solo con la citosina ( G-C ), e viceversa. I legami sono tutti legami a idrogeno. La duplicazione del DNA La duplicazione del DNA richiede precise condizioni: nucleotidi trifosfato necessari per costruire la nuova molecola, DNA preesistente , un complesso di duplicazione , un primer (ovvero un filamento di RNA che serve da punto di partenza per la duplicazione) e numerose proteine. La duplicazione avviene in due tappe fondamentali:

  • La doppia elica del DNA si despiralizza e si rompono i legami idrogeno tra le basi per permettere l’allontanamento dei due filamenti disponibili all’appaiamento con nuove basi.
  • I nucleotidi liberi si uniscono a ciascun nuovo filamento in crescita secondo una sequenza determinata dall’appaiamento per complementarietà con le basi del filamento stampo (grazie

In molti eucarioti, le estremità dei cromosomi portano delle sequenze chiamate telomeri (nella specie umana la sequenza del telomero è TTAGGG ed è ripetuta circa 2500 volte). Dunque, quando nel nuovo filamento si stacca il primer, rendendolo più corto rispetto a quello parentale, il telomero si attacca al filamento parentale e lo allunga; quest’ultimo si ripiega in loop diventando un filamento unico. Viene chiamato telomerasi l’enzima che catalizza l’aggiunta della sequenza telomerica. Lavorando insieme, l’enzima DNA polimerasi, la DNA elicasi, la primasi, la DNA ligasi e le altre proteine del complesso di duplicazione, sintetizzano un nuovo DNA con una grande accuratezza. La correzione degli errori di duplicazione del DNA le cellule sono dotate di almeno tre meccanismi di riparazione:

  • Correzione di bozze^ che corregge gli errori man mano che la DNA^ polimerasi li compie;
  • Riparazione delle anomalie di appaiamento^ che esamina il DNA subito dopo il processo di duplicazione e corregge gli eventuali appaiamenti sbagliati;
  • Riparazione per escissione^ che rimuove le basi anomale dovute ad un agente chimico e le sostituisce con basi funzionali. Quando un nuovo nucleotide viene aggiunto al nuovo filamento, la DNA polimerasi, se si accorge di un appaiamento sbagliato, rimuove il nucleotide errato e riprova; questo processo riduce il tasso generale di errore di duplicazione. Dopo che il DNA è stato esaminato, viene ricontrollato per capire se sono sfuggiti errori durante la correzione delle bozze: questo meccanismo è in grado di riconoscere che una coppia di basi non va bene poiché il filamento di DNA appena duplicato, subisce delle alterazioni chimiche. Le molecole di DNA possono danneggiarsi anche durante la vita della cellula a causa di radiazioni ad alta energia, agenti chimici o reazioni chimiche. È per questo che appositi enzimi controllano continuamente il DNA della cellula e, quando trovano basi improprie o alterate, tagliano via il filamento difettoso.