IL DNA

Il DNA o ACIDO DEOSSIRIBONUCLEICO è costituito da nucleotidi. Ogni NUCLEOTIDE è formato da una base azotata, dallo zucchero deossiribosio e da un gruppo fosfato. Vi sono due tipi di basi azotate: le PURINE che presentano una struttura a due anelli e le PIRIMIDINE che hanno un solo anello. Nel DNA vi sono due tipi di purine, l'ADENINA (A) e le GUANINA (G), e due tipi di pirimidine, la CITOSINA (C) e la TIMINA (T). Così il DNA è costituito da quattro tipi di nucleotidi che differiscono soltanto per tipo di purine o di pirimidine contenenti azoto. Il DNA prende la forma di una doppia elica molto lunga e spiralizzata e lo si può paragonare ad una scala a pioli 'ruotata' a forma di spirale avente i pioli perpendicolari all'asse di rotazione. I due montanti della scala sono formati da molecole alternate di zucchero e fosfato; i pioli perpendicolari ai montanti sono costituiti dalle basi azotate adenina (A), timida (T), guanina (G) e citosina (C) e le basi appaiate sono sempre combinazioni di una purina con una pirimidina. Dal momento che una molecola di DNA può essere lunga migliaia di nucleotidi, è possibile un'enorme varietà nella sequenza delle basi e questo è uno dei requisiti fondamentali del materiale genetico. Altro importante vincolo è che, a causa della struttura delle basi azotate, l'adenina può appaiarsi solo con la timida mediante due legami a idrogeno (A=T) e la guanina soltanto con la citosina, formando tre legami a idrogeno (G≡C). Le basi appaiate sono quindi complementari.

LA DUPLICAZIONE DEL DNA

Una caratteristica fondamentale del DNA è la sua capacità di fornire copie esatte di se stesso. La doppia struttura dell'elica del DNA, al momento della duplicazione dei cromosomi, si apre a metà come una 'cerniera-lampo' e le basi appaiate si separano a livello dei legami a idrogeno. Man mano che i due filamenti si separano, essi fungono da stampo: ciascuno dirige, per tutta la sua lunghezza, la sintesi di un nuovo filamento complementare. In questo modo vengono prodotte due copie identiche della molecola iniziale.

L'RNA

L'RNA o ACIDO RIBONUCLEICO è una sostanza chimicamente molto simile al DNA. Li distinguono tre principali differenze:

- nei nucleotidi dell'RNA lo zucchero è il ribosio e non il deossiribosio;

- la base azotata timina, che si trova nel DNA, non è presente nell'RNA, al suo posto vi è una pirimidina molto simile, l'URACILE (U) che, come la timina, si appaia solo con l'adenina;

- la maggior parte dell'RNA è composto da un filamento singolo.

L'RNA, così come il DNA, contiene informazioni sulla struttura proteica. Ben tre tipi di RNA agiscono come intermediari nei processi che, partendo dal DNA, portano alle proteine e fra questi il più importante è l'RNA messaggero (mRNA).

L'RNA MESSAGGERO

Le molecole di RNA messaggero sono copie, trascrizioni di sequenze nucleotidiche codificate nel DNA. Ogni nuova molecola di mRNA viene copiata da uno dei due filamenti del DNA con lo stesso principio dell'accoppiamento delle basi che regola la duplicazione del DNA. Questo processo prende il nome di trascrizione e avviene grazie all'enzima RNA-polimerasi. Il DNA è la copia matrice dell'informazione genetica; l'RNA messaggero è invece la copia di lavoro dell'informazione genetica: acquisendo le istruzioni codificate nella molecola di DNA, l'mRNA detta la sequenza di amminoacidi cha caratterizza le proteine.

LA SINTESI PROTEICA

Le istruzioni per la sintesi proteica sono codificate nelle sequenze di nucleotidi del DNA di una cellula e sono trascritte in una molecola di mRNA seguendo lo stesso principio di accoppiamento delle basi cha regola la duplicazione del DNA. I promotori sono delle particolari sequenze nucleotidiche del DNA che fanno da siti di legame per l'RNA-polimerasi e quindi costituiscono il segnale di partenza per la sintesi dell'RNA. Al contrario, le sequenze di terminazione sono il segnale di arresto della sintesi dell'RNA, marcando i punti presso cui termina la trascrizione. La sintesi proteica richiede, oltre all'mRNA, altri due tipi di RNA: l'rRNA e il tRNA.

L'RNA RIBOSOMIALE E L'RNA DI TRASPORTO

I ribosomi sono i siti della sintesi proteica e sono costituiti per un terzo da proteine e per due terzi da RNA. Il tipo di RNA che essi contengono è detto RNA ribosomiale (rRNA). Ogni ribosoma è formato da due subunità, ognuna con i suoi rRNA e le sue proteine caratteristiche. La subunità più piccola ha un sito di legame per l'RNA messaggero, mentre la subunità più grande ha due siti di legame per gli RNA di trasporto. Le molecole di RNA di trasporto (tRNA) possono essere paragonate ad un dizionario bilingue mediante il quale il linguaggio degli acidi nucleici è tradotto nel linguaggio delle proteine. Le cellule contengono più di 20 tipi diversi di molecole di tRNA, almeno uno per ciascuno dei diversi tipi di amminoacidi. Tutte queste molecole hanno una caratteristica configurazione a trifoglio. All'estremità 3' della molecola vi è il sito di attacco per il suo amminoacido specifico. Un secondo sito di attacco è localizzato nella parte opposta della struttura ed è costituito da tre nucleotidi che formano un anticodone, il quale è complementare ad uno specifico codone dell'mRNA. Una terza regione della molecola di tRNA funziona come sito di riconoscimento per un enzima chiamato amminoacil-tRNA-sintetasi. Nella cellula vi sono almeno 20 diversi amminoacil-tRNA-sintetasi, una o più di una, per ogni amminoacido.

FASI DELLA SINTESI PROTEICA

La sintesi proteica è detta traduzione dal momento che è il trasferimento di informazioni da un linguaggio (acidi nucleici) ad un altro (amminoacidi). La traduzione avviene in tre fasi:

INIZIO. La subunità ribosomiale più piccola si attacca all'estremità 5' della molecola di mRNA. La prima molecola di tRNA, che trasporta l'amminoacido modificato fMET (metionina), si inserisce nel codone d'inizio sulla molecola di mRNA. La subunità ribosomiale più grossa si incastra poi nella sua corretta posizione, con il tRNA che va a occupare il sito P (peptide). Il sito A (amminoacile) è vuoto. A questo punto la fase iniziale è terminata.

ALLUNGAMENTO. Un secondo tRNA, con il suo amminoacido attaccato, si porta nel sito A e il suo anticodone si inserisce sull'mRNA. Si forma un legame peptidico tra i due amminoacidi uniti presso il ribosoma; contemporaneamente si spezza il legame tra il primo amminoacido e il suo tRNA. Il ribosoma si muove lungo l'mRNA in direzione da 5' a 3', e il secondo tRNA, con il dipeptide attaccato, si sposta dal sito A al sito P appena il primo tRNA si stacca dal ribosoma. Un terzo tRNA si sposta nel sito A e si forma un altro legame peptidico. La catena peptidica in formazione è sempre attaccata al tRNA che sta passando dal sito A al sito P, e il successivo tRNA con un nuovo amminoacido occupa sempre il sito A. questo passaggio si ripete più volte fino a quando il polipeptide è completo.

TERMINAZIONE. Quando un ribosoma incontra un codone di terminazione il polipeptide si stacca dall'ultimo tRNA e il tRNA si libera dal sito P. il sito A è occupato da un fattore di rilascio che stimola la dissociazione delle due subunità del ribosoma.