DNA

(sigla formata dalle iniziali del nome inglese dell'  acido desossiribonucleico).

- Bioch. Polimero organico ad alto peso molecolare costituito da nucleotidi e presente nei cromosomi, responsabile di basilari processi biochimici e della trasmissione dei caratteri ereditari.

- Med. DNA ricombinante, metodica che ha permesso, da una parte, di produrre su larga scala molecole proteiche come l'insulina, la cui estrazione naturale era laboriosa, lenta e costosa poiché si avvaleva del genoma di batteri; dall'altra, tramite la formazione di sonde geniche dette probes, di individuare la sequenza di geni sul filamento di DNA, fatto estremamente promettente per l'individuazione del gene o dei geni alterati nelle malattie ereditarie..

Il  DNA è una grossa molecola polimerica, i cui monomeri sono molecole di nucleotidi, ognuno dei quali è formato dalla condensazione di una molecola di desossiribosio, zucchero a cinque atomi di carbonio, una di acido fosforico e da una delle seguenti basi azotate: citosina, timina, adenina e guanina. Le prime due derivate dalla pirimidina, le altre dalla purina. La molecola di DNA è costituita da due catene affiancate strettamente e tenute insieme da legami a idrogeno, ciascuna formata dalla successione di tali nucleotidi. Si usa paragonare la molecola di DNA a una scala di corda, i due tiranti della quale sono formati dalla successione dei gruppi fosforici e glucidici, alternati, mentre i pioli tesi tra i tiranti corrispondono a coppie di basi azotate, una pirimidinica e l'altra purinica. Queste coppie rispondono a una regola precisa, per cui l'adenina è accoppiata con la timina, la guanina con la citosina. La doppia catena o scala di corda è attorcigliata attorno a se stessa, in modo da formare una doppia elica, che ha un diametro di 18 Å mentre il passo è di 34 Å. La lunghezza di queste molecole elicoidali è grande rispetto al diametro, ma il volume del solido resta pur sempre submicroscopico. Tale modello molecolare, ideato da Watson e Crick, oltre a rendere conto di molti dati fisicochimici relativi al DNA, è compatibile con alcuni fondamentali fatti biologici. Il DNA è concentrato quasi esclusivamente nei nuclei cellulari ed è uno dei costituenti dei cromosomi, in cui è presente coniugato con una proteina (il complesso prende il nome di nucleoprotide). Va notato innanzitutto che la molecola di DNA ha un alto grado di polimerizzazione, cioè è costituita dalla successione di un numero molto grande di nucleotidi. Le possibili successioni delle quattro basi azotate lungo le catene danno luogo a un numero altissimo di combinazioni. Queste possibili combinazioni sono considerabili come combinazioni di segnali, capaci di contenere, opportunamente codificati, messaggi anche molto complessi, non diversamente da quanto le varie combinazioni delle lettere dell'alfabeto o dei segnali Morse permettano di combinare parole, frasi e periodi e questi possono esprimere concetti. Nella fattispecie il discorso da codificare è quello che descrive i caratteri ereditari che la cellula madre deve trasmettere integralmente alle cellule figlie al momento della duplicazione. La molecola del DNA è atta a costituire il veicolo fisico di un codice, il codice genetico, nel quale è tradotta l'intera quantità di informazione concernente il patrimonio ereditario. La molecola del DNA è una delle molecole di cui si conosce la proprietà di autoduplicarsi. Presumibilmente durante la duplicazione la doppia elica si distende e le due catene che la formano si disgiungono. Ciascuna di esse serve da stampo a una nuova catena, insieme con la quale ricostituisce una nuova doppia elica: un congruo numero di nucleotidi presenti nel succo nucleare si dispongono lungo la catena che serve da stampo, secondo la regola di accoppiamento delle basi puriniche e pirimidiniche, e si polimerizzano, ricostruendo esattamente la catena che si era separata. L'intera quantità di informazioni contenute nella successione di basi della doppia elica è così trasmessa a due nuove molecole di DNA; ciascuna di esse passerà a un cromosoma di una delle due cellule figlie. Il processo così è di tipo semiconservativo. Qualora avvenisse un errore nel processo di duplicazione, si trasmetterebbe un'informazione diversa dalla originale, provocando nel patrimonio genetico della cellula nuova una mutazione.

Oltre ad autoduplicarsi ogni catena di DNA è capace di fare da stampo a un altro tipo di molecola, quella dell'acido ribonucleico o RNA, molto simile al DNA, ma molto più breve e non a doppia elica. Questo, diffondendo fuori dal nucleo, è destinato a controllare la sintesi delle molecole proteiche, ivi comprese quelle degli enzimi; si tratta degli elementi che caratterizzano la struttura e il metabolismo della cellula. In tal modo l'informazione genetica, trasmessa dalla cellula madre al momento della moltiplicazione, viene trasmessa continuamente dal nucleo al citoplasma.

Quanto alla decifrazione del codice genetico, è stato provato che ogni tripletta di basi del DNA e la sua traduzione sul RNA corrispondono a un determinato amminoacido, per cui l'ordinamento del DNA, trasmesso al RNA, determina l'ordinamento, cioè il tipo, il numero e la successione, degli amminoacidi destinati a polimerizzarsi in una certa molecola proteica. Eccezioni alla struttura a doppia elica sono i DNA di alcuni virus, totalmente ( × 174) o parzialmente (virus dell'epatite B) a singola elica. Anche in questi casi comunque il DNA passa attraverso la forma a doppia elica per replicarsi in molecole che costituiranno la dotazione genica, o genoma, delle generazioni successive. Il DNA di ogni organismo è dunque caratterizzato da una sequenza specifica dei suoi quattro costituenti: le varie sequenze che compongono il DNA sono funzionalmente identificabili nei geni, separati da sequenze apparentemente prive di funzioni, dette tratti intergenici. Le dimensioni dei geni variano da poco più di un centinaio di nucleotidi a qualche migliaio. Il DNA dei microrganismi procarioti non presenta sequenze ripetitive di nucleotidi, assai frequenti invece nel DNA degli eucarioti: il loro ruolo non è ancora noto con sicurezza. Possono essere lunghe 2-10 nucleotidi oppure comprendere interi geni, la cui informazione viene così amplificata migliaia di volte. Da un punto di vista strutturale si ritiene che la forma prevalente del DNA sia la cosiddetta struttura B, caratterizzata da un passo della doppia elica destrorsa di 34 angstrom (3,4 nanometri) contenente dieci nucleotidi e dalla coplanarità delle basi appaiate su un piano ortogonale all'asse della doppia elica. Però sono state postulate altre forme di cui alcune conservano la caratteristica doppia elica, altre suggeriscono strutture con i filamenti solo giustapposti (modello fianco a fianco), oppure posseggono una doppia elica sinistrorsa con andamento a zig-zag, come nella cosiddetta forma z.(v.

Alla  base della metodica del DNA ricombinante, legata alla manipolazione genica, vi è la frammentazione del DNA da parte di enzimi chiamati restriction endonucleases o enzimi di restrizione, che scindono l'acido nucleico in punti specifici. Il frammento corrispondente alla frequenza nucleotidica che codifica un determinato tipo di proteina, per esempio l'insulina, viene quindi inserito nel genoma batterico mediante l'infezione di un fago portatore del gene in questione. La sequenza nucleotidica specifica può essere quindi tradotta in un gran numero di molecole proteiche. L'applicazione è stata resa possibile perché le tecniche sono oramai in grado di isolare e purificare i singoli geni e farli esprimere in cellule diverse, per lo più batteriche. La scelta di queste ultime è legata alla rapidità della loro riproduzione e quindi a una pronta produzione della proteina in questione (ad es. insulina). L'individuazione del gene alterato, che può essere alla base di una patologia ereditaria, sfrutta invece la diversa mobilità elettroforetica di frammenti di DNA corrispondenti alla proteina normale e di quello ottenuto dal corredo genico del soggetto in esame, previa clonazione.