Istruzioni Per l’Uso: DNA e RNA, gli acidi nucleici

Avrete sicuramente sentito più volte queste due sigle, DNA e RNA, ma vi siete mai chiesti cosa siano e a cosa servano queste due grandi molecole?

Partiamo dalla prima.

Il DNA

DNA è una sigla che sta per acido desossiribonucleico, e questo parolone non basta per descrivere questa molecola: dobbiamo aggiungere qualche dettaglio in più.

Per prima cosa vediamo com’è fatto il DNA.

Struttura del DNA

dnaOgni filamento è composto da tanti mattoncini detti nucleosidi. Ogni nucleoside (uno è cerchiato in rosso nella figura) è composto da due parti, un’unità di desossiribosio (un tipo di zucchero qui colorato in grigio) ed una base azotata (indicate dalle lettere A,T,G,C).

I nucleosidi sono legati insieme da gruppi fosfato (colorati in celeste). I gruppi fosfato  sono composti da fosforo e ossigeno e hanno una carica negativa, e siccome il DNA è piano di gruppi fosfato, anch’esso è carico negativamente.

Ogni filamento di acido nucleico (sia RNA, sia DNA) è come una lunga corda e ha due diverse estremità: un capo del filamento termina con un gruppo fosfato e prende il nome di estremità 5’ (cinque primo), mentre l’altro capo, che termina con un gruppo OH, è chiamato estremità 3’ (tre primo).

Torniamo ora alle basi azotate, nel DNA queste sono di 4 tipi:

  • Adenina (A);
  • Timina (T);
  • Guanina (G);
  • Citosina (C).

Tra le tante caratteristiche uniche di queste componenti una spicca: la capacità di appaiarsi.

In pratica funzionano come pezzi di un puzzle: possono appiccicarsi tra di loro e restare ancorate, ma proprio come nei puzzle questa adesione avviene solo se mettiamo vicini due pezzi complementari, nel nostro caso specifico solo due accoppiamenti sono possibili, ovvero Adenina – Timina (A-T) e Guanina – Citosina (G-C). dna

Ciò è possibile grazie a delle particolari interazioni che queste molecole possono instaurare tra loro, dette legami a idrogeno. Nella pratica, quando due basi azotate entrano in contatto si instaurano questi legami a idrogeno che tengono insieme la due basi come fossero delle funi; più legami a idrogeno ci sono, più sarà difficile staccare le basi azotate (nella figura rappresentati come linee tratteggiate).

Le coppie A-T riescono a formare solo 2 legami a idrogeno mentre le coppie G-C riescono a formarne 3.

Come funziona

Abbiamo appena visto qualche dettaglio sulla struttura di un filamento di DNA, in natura però i filamenti viaggiano in coppia ed ogni molecola di DNA è data da due filamenti, saldati insieme proprio tramite gli appaiamenti tra basi azotate (in realtà esistono anche altre interazioni che fanno rimanere attaccati i due filamenti, ma qui le tralasceremo).

Nei procarioti (come i batteri) il DNA non ha un posto ben definito all’interno della cellula, mentre nelle cellule eucariotiche (come quelle dell’uomo, ma anche dei lieviti e delle piante) questo è segregato nel nucleo, che lo protegge e non lo fa uscire. 

Il DNA può essere lungo anche alcuni metri, ma con queste dimensioni non potrebbe essere contenuto all’interno delle cellule che sono entità piccole piccole: per risolvere questo problema la natura ha architettato uno stratagemma chiamato superavvolgimento. In pratica, questa grande molecola viene ripiegata e impacchettata così da poter essere contenuta nella cellula, un po’ come per i panni nelle valigie: se non li ripieghi per bene non ci entrano. Il DNA non fa tutto questo da solo: per avere questo superavvolgimento deve interagire con alcune proteine. 

È importante notare che il DNA all’interno della cellula entra in contatto con un numero molto grande di altre molecole: affinché questo possa avvenire molto spesso è necessario spacchettare temporaneamente l’acido nucleico.

il DNA funziona come una specie di libro avente le istruzioni per fabbricare le proteine; queste istruzioni si chiamano geni e sono sequenze ben definite di nucleotidi su un filamento che la cellula legge per produrre una proteina.

L’RNA

Parliamo ora dell’RNA.

La sigla stavolta sta per acido ribonucleico.

Questo è simile al DNA, ma diverso: innanzitutto cambia lo zucchero, che non è più il desossiribosio ma il ribosio, che ha un atomo di ossigeno in più rispetto al primo, che di conseguenza genera grandi differenze e rende l’RNA meno stabile e più facile da rompere. 

Questa molecola presenta le stesse basi azotate del DNA che si appaiano con le stesse logiche, solo che stavolta al posto della timina troviamo l’Uracile.

L’RNA, al contrario del DNA, è a singolo filamento: per far appaiare le sue basi azotate deve ripiegarsi su se stesso.

Funzioni dell’RNA

Mentre il DNA ha quindi la sola funzione di libro delle istruzioni, per l’RNA la situazione è diversa. Esistono infatti vari tipi di acido ribonucleico con diverse funzioni, i tre tipi principali sono:

  • mRNA (RNA messaggero), questo viene prodotto copiando i geni del DNA che fanno come da stampo, negli eucarioti può uscire fuori dal nucleo e trasportare le informazioni ricopiate dal DNA ai ribosomi, delle macchine molecolari che leggono le istruzioni dall’mRNA e producono quindi le proteine;
  • tRNA (RNA trasportatori), dei piccoli camion molecolari che sono in grado di trasportare gli amminoacidi (i mattoni con cui vengono fabbricate le proteine) ai ribosomi che li assemblano, è importante mettere in luce che ad ogni amminoacido corrisponde un tRNA specifico.
  • rRNA, componenti essenziali dei ribosomi.
FONTI:

J. Voet, D. Voet, C. Pratt, fondamenti di biochimica, 3° edizione 2017.