Home

Federica EU

1/12

Aldo Galeone » 18.Acidi nucleici

Acidi nucleici e informazione genetica

L’informazione genetica viene conservata e trasmessa da una generazione all’altra sotto forma di acido deossiribonucleico (DNA). I geni, le strutture cromosomiche deputate alla trasmissione dei caratteri ereditari, sono lunghe catene di DNA a doppio filamento. L’informazione genetica viene espressa in due stadi: la trascrizione dal DNA agli acidi ribonucleici (RNA) e, successivamente, la traduzione per la sintesi delle proteine. Quindi, il DNA è il depositario dell’informazione genetica delle cellule, mentre l’RNA serve nella trascrizione e nella traduzione di questa informazione, che in seguito, viene espressa attraverso la sintesi delle proteine.

Struttura degli acidi nucleici: nucleosidi e nucleotidi

Gli acidi nucleici sono costituiti da tre componenti: le basi azotate eterocicliche aromatiche, i monosaccaridi D-ribosio o 2-deossi-D-ribosio e i gruppi fosfato. La figura mostra le cinque basi azotate più comuni. Uracile, citosina e timina sono dette basi pirimidiniche, mentre adenina e guanina sono dette basi puriniche dal nome delle basi aromatiche considerate loro capostipiti.

Fonte: modificata da Brown Poon, Introduzione alla Chimica Organica, EdiSES

Nucleosidi

Un nucleoside è un composto contenente il D-ribosio (nell’RNA) o il 2-deossi-D-ribosio (nel DNA) legato a una base eterociclica aromatica tramite un legame β-N-glicosidico. Questo legame si instaura tra il C-1′ (carbonio anomerico) del ribosio o del 2-deossiribosio e l’N-1 di una base pirimidinica o l’N-9 di una base purinica.

Fonte: modificata da Brown Poon, Introduzione alla Chimica Organica, EdiSES

Nucleotide

Un nucleotide è un nucleoside in cui una molecola di acido fosforico è esterificata con un gruppo –OH libero del monosaccaride, in genere in 3′ o 5′. Un nucleotide prende il nome del nucleoside dal quale deriva seguito dalla parola “monofosfato”. La posizione dell’estere fosforico viene specificata dal numero del carbonio al quale è legato. I nucleotidi monofosfato possono essere ulteriormente fosforilati per formare nucleosidi difosfato o trifosfato.

Adenosina 5'-monofosfato (AMP). Fonte: modificata da Brown Poon, Introduzione alla Chimica Organica, EdiSES

Adenosina 5'-trifosfato (ATP). Fonte: modificata da Brown Poon, Introduzione alla Chimica Organica, EdiSES

La struttura primaria del DNA: lo scheletro covalente

Il DNA consiste di uno scheletro di unità alternate di deossiribosio e di fosfato in cui l’-OH in 3′ di un deossiribosio è unito da un legame fosfodiestereo all’-OH in 5′ di un’altra unità di deossiribosio. Una base azotata eterociclica aromatica è legata a ciascuna unità di deossiribosio tramite un legame β-N-glicosidico. La struttura 1° del DNA rappresenta l’ordine con cui si susseguono le basi eterocicliche. Per convenzione la sequenza viene letta dall’estremità 5′ a quella 3′.

Fonte: modificata da Brown Poon, Introduzione alla Chimica Organica, EdiSES

Struttura 2° del DNA: i dati sperimentali

Il modello della struttura secondaria del DNA (la doppia elica) fu formulato grazie ad una serie di dati sperimentali riguardanti la composizione in basi (1-3) e l’analisi delle figure di diffrazione dei raggi X (4-6). 1) La composizione percentuali in moli delle basi del DNA in ogni organismo è la stessa per tutte le cellule ed è caratteristica per ciuscun organismo; 2) le percentuali in moli di adenina e timina sono uguali, così come per la guanina e la citosina; 3) le percentuali in moli delle basi puriniche e di quelle pirimidiniche sono uguali; 4) le molecole esaminate sono piuttosto uniformi indipendentemente dalla composizione in basi; 5) le molecole esaminate sono lunghe e rettilinee (diametro esterno 20 Å, spessore ~12 atomi); 6) Le caratteristiche delle figure cristallografiche si ripetono ogni 34 Å.

Confronto tra la composizione in basi (percentuali molari) del DNA di alcuni organismi

Struttura 2° del DNA: la doppia elica di Watson e Crick

Secondo il modello di Watson e Crick una molecola di B-DNA è una doppia elica complementare costituita da due filamenti polinucleotidici antiparalleli (nastri bruni in figura) con avvolgimento destrorso intorno allo stesso asse. Le basi puriniche e pirimidiniche si proiettano verso l’asse dell’elica e sono appaiate sempre in maniera specifica (T con A e G con C). Le coppie di basi sono impilate l’una sull’altra con una distanza di 3.4 Å tra esse e con 10 coppie di basi ogni giro d’elica.

Fonte: modificata da Brown Poon, Introduzione alla Chimica Organica, EdiSES

Struttura 2° del DNA: l’accoppiamento tra le basi

Accoppiamento di basi tra adenina e timina (A-T) e tra guanina e citosina (G-C). La coppia A-T è tenuta insieme da due legami idrogeno mentre la coppia G-C da tre legami idrogeno.

Fonte: modificata da Brown Poon, Introduzione alla Chimica Organica, EdiSES

Struttura terziaria: DNA superavvolto

Il DNA circolare è a doppia elica con le due estremità di ciascun filamento unite da un legame fosfodiestereo. Questo DNA può essere aperto, parzialmente srotolato e poi richiuso. La sezione svolta introduce una tensione nella molecola che, tuttavia, può essere estesa a tutta la struttura con l’introduzione di torsioni superelicoidali. Il DNA si può anche superavvolgere intorno agli istoni, proteine presenti nella cromatina.

Fonte: modificata da Brown Poon, Introduzione alla Chimica Organica, EdiSES

DNA superavvolto intorno agli istoni (cromatina). Fonte: modificata da Brown Poon, Introduzione alla Chimica Organica, EdiSES

Acidi ribonucleici: RNA

L’acido ribonucleico (RNA) è simile al DNA poiché anch’esso è formato da lunghe catene non ramificate di nucleotidi uniti da gruppi fosfodiesterei tra l’-OH in 3′ di un pentoso e quello in 5′ del successivo. Tuttavia vi sono tre principali differenze: 1) l’unità di pentoso dell’RNA è il β-D-ribosio invece che il β-2-deossi-b-ribosio; 2) la timina (DNA) è sostituita dall’uracile (RNA); 3) l’RNA è a singolo filamento invece che a doppio filamento. Le molecole di RNA sono classificate, in base alla struttura e alla funzione, in tre tipi principali: RNA ribosomiale, transfer e messaggero.

β-D-ribosio. Fonte: modificata da Brown Poon, Introduzione alla Chimica Organica, EdiSES

Uracile (U). Fonte: modificata da Brown Poon, Introduzione alla Chimica Organica, EdiSES

RNA transfer (tRNA)

Le molecole di RNA transfer (tRNA) hanno le catene più corte tra tutte le molecole di acidi nucleici (73-94 nucleotidi). Esse hanno la funzione di trasportare gli amminoacidi ai siti dove avviene la sintesi proteica (sui ribosomi). Nel processo di trasferimento, l’amminoacido è unito al suo specifico tRNA tramite un legame estereo tra il gruppo α-carbossilico e l’ossidrile 3′ del ribosio dell’estremità 3′ del tRNA.