Biologia per non-magistrati I

I componenti del DNA sono nucleotidi. I componenti importanti di ogni nucleotide sono una base azotata, il desossiribosio (zucchero a 5 carboni) e un gruppo fosfato (vedi Figura 1). Ogni nucleotide prende il nome dalla sua base azotata. La base azotata può essere una purina, come l’adenina (A) e la guanina (G), o una pirimidina, come la citosina (C) e la timina (T). Anche l’uracile (U) è una pirimidina (come si vede nella figura 1), ma si trova solo nell’RNA, di cui parleremo più avanti.

Figura 1. Ogni nucleotide è composto da uno zucchero, un gruppo fosfato e una base azotata. Lo zucchero è il desossiribosio nel DNA e il ribosio nell’RNA.

I nucleotidi si combinano tra loro tramite legami covalenti noti come legami fosfodiesteri o legami. Il residuo di fosfato è attaccato al gruppo idrossile del carbonio 5′ di uno zucchero di un nucleotide e al gruppo idrossile del carbonio 3′ dello zucchero del nucleotide successivo, formando così un legame fosfodiestere 5′-3′.

Negli anni 50, Francis Crick e James Watson hanno lavorato insieme per determinare la struttura del DNA all’Università di Cambridge, in Inghilterra. Anche altri scienziati come Linus Pauling e Maurice Wilkins stavano esplorando attivamente questo campo. Pauling aveva scoperto la struttura secondaria delle proteine usando la cristallografia a raggi X. Nel laboratorio di Wilkins, la ricercatrice Rosalind Franklin stava usando i metodi di diffrazione dei raggi X per capire la struttura del DNA. Watson e Crick furono in grado di mettere insieme il puzzle della molecola del DNA sulla base dei dati di Franklin perché anche Crick aveva studiato la diffrazione dei raggi X (Figura 2). Nel 1962 James Watson, Francis Crick e Maurice Wilkins ricevettero il premio Nobel per la medicina. Sfortunatamente, a quel punto Franklin era morto, e i premi Nobel non vengono assegnati postumi.

Figura 2. Il lavoro degli scienziati pionieri (a) James Watson, Francis Crick e Maclyn McCarty ha portato alla nostra attuale comprensione del DNA. La scienziata Rosalind Franklin ha scoperto (b) il modello di diffrazione a raggi X del DNA, che ha contribuito a chiarire la sua struttura a doppia elica. (credito a: modifica del lavoro di Marjorie McCarty, Public Library of Science)

Watson e Crick hanno proposto che il DNA sia composto da due filamenti che si attorcigliano l’uno sull’altro per formare un’elica destrorsa. L’accoppiamento delle basi avviene tra una purina e una pirimidina, cioè la A si accoppia con la T e la G si accoppia con la C. L’adenina e la timina sono coppie di basi complementari, e anche la citosina e la guanina sono coppie di basi complementari. Le coppie di basi sono stabilizzate da legami idrogeno; adenina e timina formano due legami idrogeno e citosina e guanina formano tre legami idrogeno. I due filamenti sono antiparalleli in natura; cioè, l’estremità 3′ di un filamento è rivolta verso l’estremità 5′ dell’altro filamento. Lo zucchero e il fosfato dei nucleotidi formano la spina dorsale della struttura, mentre le basi azotate sono impilate all’interno. Ogni coppia di basi è separata dall’altra coppia di basi da una distanza di 0,34 nm, e ogni giro dell’elica misura 3,4 nm. Pertanto, dieci coppie di basi sono presenti per ogni giro dell’elica. Il diametro della doppia elica del DNA è di 2 nm, ed è uniforme in tutto. Solo l’accoppiamento tra una purina e una pirimidina può spiegare il diametro uniforme. La torsione dei due filamenti l’uno intorno all’altro ha come risultato la formazione di solchi maggiori e minori uniformemente spaziati (Figura 3).

Figura 3. Il DNA ha (a) una struttura a doppia elica e (b) legami fosfodiesteri. Le scanalature (c) maggiori e minori sono siti di legame per le proteine leganti il DNA durante processi come la trascrizione (la copia dell’RNA dal DNA) e la replicazione.

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