Gli acidi nucleici

SDD – Seconde
Gli acidi nucleici
Gli acidi nucleici
Capire come le informazioni genetiche sono immagazzinate nelle cellule e come avviene la
trasformazione di queste informazioni nei meccanismi metabolici delle cellule.
Quattro mattoncini
La cellula ha bisogno di
una banca dati che
contenga
tutte
le
informazioni che le
servono per poter vivere.
Le informazioni sono
"memorizzate"
nel
DNA.
Il
DNA,
contenuto nel nucleo, in
un certo senso è "l'hard
disk" di ogni cellula
vivente.
Come quasi tutte le
molecole
biologicamente rilevanti,
anche il DNA è un
polimero. Mentre le
proteine sono composte
da 20 monomeri diversi,
il DNA ha unicamente 4
monomeri
chiamati
genericamente
nucleotidi (adenina (A), timina (T), guanina (G), citosina (C)). La struttura fondamentale dei
monomeri è divisa in tre parti: un gruppo fosfato, un anello di uno zucchero speciale
(desossiribosio) e una base (purinica (A e G) o pirimidinica(C e T)).
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Dai nucleotidi al DNA
I monomeri sono uniti tra loro
attraverso il fosfato che collega
due anelli zuccherini. Così si
forma un filamento di nucleotidi.
Tuttavia il DNA ha una
caratteristica peculiare e cioè è
sempre composto da un doppio
filamento di nucleotidi appaiati
tra loro e nei quali la timina si
trova sempre di fronte ad
un'adenina e una citosina si trova
sempre di fronte guanina; questo
perché si formano dei ponti
idrogeno (ricordate? Dipolodipolo con il coinvolgimento
degli atomi di idrogeno) specifici.
Abbiamo
anche
qui
un
riconoscimento
molecolare,
analogo a quello che eseguono gli
enzimi con il loro substrato. Il
doppio filamento poi si avvolge
su se stesso formando la famosa
doppia elica di DNA. Osservate a
tal proposito le immagini qui
allegate.
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La replicazione del DNA
Quando una cellula si riproduce dividendosi
chiaramente deve anche produrre una copia perfetta
del DNA affinché entrambe le cellule figlie abbiano
lo stesso patrimonio genetico. Proprio qui si può
apprezzare l'importanza del doppio filamento. Infatti
durante la replicazione del DNA, la spirale a doppio
filamento si apre e l'enzima DNA polimerasi forma
due spirali utilizzando "lo stampo" fornito dai
filamenti non appaiati.
Alla fine del processo ogni cellula figlia avrà di
nuovo un doppio filamento di DNA nel quale uno
dei due filamenti è quello originale della cellula
madre e l'altro è quello sintetizzato durante la
replicazione.
Quindi uno dei motivi che ha fatto si che il DNA
fosse un doppio filamento è proprio la facilità di
replicare una tale struttura.
Dal DNA alle proteine: la trascrizione dell'RNA
Il DNA non può uscire dal nucleo. Tuttavia l'informazione che contiene deve poter essere
trasportata nel citoplasma per essere utilizzata. Per poter eseguire questa trasmissione di dati il
DNA è trascritto in una forma che può lasciare il nucleo e muoversi nel citoplasma. Questa copia "a
brutta" è l'RNA messaggero (mRNA).
Consiste in un filamento singolo di nucleotidi copiato in un modo molto simile a quello appena
visto per la replicazione. In questo caso l'enzima responsabile per la sintesi dell'RNA ü chiamato
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RNA polimerasi. Per varie ragioni che vedremo più avanti però, questo processo è molto più
complesso di quello della replicazione.
Ci sono altre due differenze tra l'RNA e il DNA. LA prima è che lo zucchero non è più il
desossiribosio ma è il ribosio e la seconda è che al posto del nucleotide timina l'RNA utilizza
l'uracile (che in realtà è molto simile alla timina).
Grazie a queste differenze la cellula è in grado di distinguere i filamenti e il nucleo selettivamente
permette solo all'RNA di uscire nel citoplasma.
La situazione si complica: mRNA, tRNA e rRNA
Purtroppo la situazione è ancora un po' più complessa.
Esistono in natura tre tipi diversi di RNA, ciascuno con
una funzione ben precisa. L'mRNA è quello più
semplice da capire. È una brutta copia dell'informazione
contenuta nel DNA e che può portare questa
informazione nel citoplasma. Il tRNA è un filamento
molto corto di RNA con un compito ben preciso:
tradurre l'informazione genetica in informazione
proteica. In un certo senso è una chiave di lettura del
mRNA che è in grado di abbinare determinate sequenze
di nucleotidi (a 3 a 3) con un amminoacido specifico.
Da un lato il tRNA ha un cosiddetto anticodone
composto da tre nucleotidi specifici, con il quale è in
grado di agganciarsi all'mRNA; sull'altro lato della
molecola si trova invece il punto sul quale viene
agganciato l'amminoacido specifico per l'anticodone.
Infine c'è anche il cosiddetto rRNA. È il costituente
principale dei ribosomi. I ribosomi sono quegli
organelli del citoplasma nei quali avviene la sintesi
delle proteine a partire dall'informazione contenuta nel
mRNA. Si può osservare che in realtà esistono due
subunità di rRNA, una più piccola e una più grande.
Bisogna comunque anche ricordarsi che i ribosomi
contengono anche parecchie proteine abbinate
all'rRNA. Le due subunità si incastrano tra di loro
afferrando un filamento di mRNA e iniziando la
traduzione del codice genetico in una nuova proteina.
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Il codice genetico
Il codice genetico è quella tavola di
corrispondenze che codifica gli amminoacidi
delle proteine a partire dai nucleotidi della
sequenza genetica. Osservate lo schema.
Vedrete che combinando 3 nucleotidi si
possono ottenere 64 combinazioni diverse
(43=64). Gli amminoacidi sono solamente 20
e quindi ci sono molti amminoacidi che
vengono rappresentati nel DNA e nell'RNA
con più di una combinazione di nucleotidi.
Chiaramente non si sarebbe potuto prendere
solamente 2 nucleotidi per codificare gli
amminoacidi, in quanto si otterrebbero
unicamente 16 combinazioni (42=16).
Inoltre osservate anche che ci sono anche due
codici che indicano STOP. Queste triplette
infatti indicano la fine della proteina e non hanno un abbinamento con nessun amminoacido.
Il segnale di START invece è dato, come vi avevo detto nel capitolo delle proteine dalla
combinazione AUG (AUG toro seduto...) che codifica per l'amminoacido metionina.
La traduzione: vediamo come avviene la sintesi delle proteine
La cosa migliore è osservare attentamente uno schema che riassume la sintesi delle proteine. Il
meccanismo è infatti piuttosto complesso.
Tutte le informazioni sono contenute nel DNA. A partire dal DNA vengono sintetizzati i vari RNA
necessari al funzionamento della cellula: l''rRNA che poi si raggomitola come fanno le proteine e
diventa il costituente essenziale dei ribosomi, i piccoli frammenti di tRNA che portano il codice di
traduzione nucleotidi-amminoacidi e l'mRNA che contiene l'informazione sulla sequenza di
amminoacidi nelle proteine.
Quando l'mRNA raggiunge un ribosoma ecco che questo inizia la sintesi delle proteine. Il ribosoma
"afferra" l'mRNA e lo combina con il tRNA appropriato che naturalmente deve essere stato
"caricato" con l'amminoacido corretto (ci sono enzimi proteici che si occupano proprio di caricare il
corretto amminoacido sullo specifico tRNA, che si chiamano Amminoacil-tRNA-sintetasi). Quanto
il ribosoma trova i corretti tRNA (con l'anticodone corrispondente al codone dell'mRNA) crea il
legame peptidico tra i due amminoacidi montati sui rispettivi tRNA. Il tRNA a questo punto privo
del suo amminoacido è sganciato, e la procedura si ripete facendo scorrere l'mRNA per i successivi
3 nucleotidi. Il ribosoma ripete questa operazione fino a quando non incontra un segnale di STOP.
Trovato questo la proteina è liberata nel citoplasma.
Si osservi anche che più ribosomi possono contemporaneamente lavorare su un solo mRNA
producendo più proteine a partire da un unico filamento di informazione; in questo modo la cellula
non è costretta a trascrivere un mRNA per ciascuna proteina preparata. Un bel vantaggio...
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