SDD – SecondeGli acidi nucleici

Gli acidi nucleiciCapire come le informazioni genetiche sono immagazzinate nelle cellule e come avviene latrasformazione di queste informazioni nei meccanismi metabolici delle cellule.

Quattro mattonciniLa cellula ha bisogno diuna banca dati checontenga tutte leinformazioni che leservono per poter vivere.Le informazioni sono"memorizzate" nelDNA. Il DNA,contenuto nel nucleo, inun certo senso è "l'harddisk" di ogni cellulavivente. Come quasi tutte lemolecolebiologicamente rilevanti,anche il DNA è unpolimero. Mentre leproteine sono composteda 20 monomeri diversi,il DNA ha unicamente 4monomeri chiamatigenericamentenucleotidi (adenina (A), timina (T), guanina (G), citosina (C)). La struttura fondamentale deimonomeri 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 DNAI monomeri sono uniti tra loroattraverso il fosfato che collegadue anelli zuccherini. Così siforma un filamento di nucleotidi.Tuttavia il DNA ha unacaratteristica peculiare e cioè èsempre composto da un doppiofilamento di nucleotidi appaiati traloro e nei quali la timina si trovasempre di fronte ad un'adenina euna citosina si trova sempre difronte guanina; questo perché siformano dei ponti idrogeno(ricordate? Dipolo-dipolo con ilcoinvolgimento degli atomi diidrogeno) specifici. Abbiamoanche qui un riconoscimentomolecolare, analogo a quello cheeseguono gli enzimi con il lorosubstrato. Il doppio filamento poisi avvolge su se stesso formandola famosa doppia elica di DNA.Osservate a tal proposito leimmagini qui allegate.

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La replicazione del DNAQuando una cellula si riproduce dividendosichiaramente deve anche produrre una copia perfettadel DNA affinché entrambe le cellule figlie abbianolo stesso patrimonio genetico. Proprio qui si puòapprezzare l'importanza del doppio filamento. Infattidurante la replicazione del DNA, la spirale a doppiofilamento si apre e l'enzima DNA polimerasi formadue spirali utilizzando "lo stampo" fornito daifilamenti non appaiati. Alla fine del processo ogni cellula figlia avrà dinuovo un doppio filamento di DNA nel quale unodei due filamenti è quello originale della cellulamadre e l'altro è quello sintetizzato durante lareplicazione.Quindi uno dei motivi che ha fatto si che il DNAfosse un doppio filamento è proprio la facilità direplicare 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 esseretrasportata 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 "abrutta" è l'RNA messaggero (mRNA).Consiste in un filamento singolo di nucleotidi copiato in un modo molto simile a quello appenavisto 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 piùcomplesso di quello della replicazione.Ci sono altre due differenze tra l'RNA e il DNA. LA prima è che lo zucchero non è più ildesossiribosio ma è il ribosio e la seconda è che al posto del nucleotide timina l'RNA utilizzal'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 selettivamentepermette solo all'RNA di uscire nel citoplasma.

La situazione si complica: mRNA, tRNA e rRNAPurtroppo la situazione è ancora un po' più complessa.Esistono in natura tre tipi diversi di RNA, ciascuno conuna funzione ben precisa. L'mRNA è quello piùsemplice da capire. È una brutta copia dell'informazionecontenuta nel DNA e che può portare questainformazione nel citoplasma. Il tRNA è un filamentomolto corto di RNA con un compito ben preciso:tradurre l'informazione genetica in informazioneproteica. In un certo senso è una chiave di lettura delmRNA che è in grado di abbinare determinate sequenzedi nucleotidi (a 3 a 3) con un amminoacido specifico.Da un lato il tRNA ha un cosiddetto anticodonecomposto da tre nucleotidi specifici, con il quale è ingrado di agganciarsi all'mRNA; sull'altro lato dellamolecola si trova invece il punto sul quale vieneagganciato l'amminoacido specifico per l'anticodone.Infine c'è anche il cosiddetto rRNA. È il costituenteprincipale dei ribosomi. I ribosomi sono quegliorganelli del citoplasma nei quali avviene la sintesidelle proteine a partire dall'informazione contenuta nelmRNA. Si può osservare che in realtà esistono duesubunità di rRNA, una più piccola e una più grande.Bisogna comunque anche ricordarsi che i ribosomicontengono anche parecchie proteine abbinateall'rRNA. Le due subunità si incastrano tra di loroafferrando un filamento di mRNA e iniziando latraduzione del codice genetico in una nuova proteina.

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Il codice geneticoIl codice genetico è quella tavola dicorrispondenze che codifica gli amminoacididelle proteine a partire dai nucleotidi dellasequenza genetica. Osservate lo schema.Vedrete che combinando 3 nucleotidi sipossono ottenere 64 combinazioni diverse(43=64). Gli amminoacidi sono solamente 20e quindi ci sono molti amminoacidi chevengono rappresentati nel DNA e nell'RNAcon più di una combinazione di nucleotidi.Chiaramente non si sarebbe potuto prenderesolamente 2 nucleotidi per codificare gliamminoacidi, in quanto si otterrebberounicamente 16 combinazioni (42=16).Inoltre osservate anche che ci sono anche duecodici 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 dallacombinazione AUG (AUG toro seduto...) che codifica per l'amminoacido metionina.

La traduzione: vediamo come avviene la sintesi delle proteineLa cosa migliore è osservare attentamente uno schema che riassume la sintesi delle proteine. Ilmeccanismo è infatti piuttosto complesso. Tutte le informazioni sono contenute nel DNA. A partire dal DNA vengono sintetizzati i vari RNAnecessari al funzionamento della cellula: l''rRNA che poi si raggomitola come fanno le proteine ediventa il costituente essenziale dei ribosomi, i piccoli frammenti di tRNA che portano il codice ditraduzione nucleotidi-amminoacidi e l'mRNA che contiene l'informazione sulla sequenza diamminoacidi 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 ilcorretto amminoacido sullo specifico tRNA, che si chiamano Amminoacil-tRNA-sintetasi). Quantoil ribosoma trova i corretti tRNA (con l'anticodone corrispondente al codone dell'mRNA) crea illegame peptidico tra i due amminoacidi montati sui rispettivi tRNA. Il tRNA a questo punto privodel suo amminoacido è sganciato, e la procedura si ripete facendo scorrere l'mRNA per i successivi3 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 mRNAproducendo più proteine a partire da un unico filamento di informazione; in questo modo la cellulanon è costretta a trascrivere un mRNA per ciascuna proteina preparata. Un bel vantaggio...

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