DNA, il più potente archivio delle informazioni

DNA, il più potente archivio delle informazioni

Il DNAacido desossiribonucleico è un polimero organico, utilizzato dagli esseri viventi per immagazzinare e trasmettere le informazioni essenziali a determinarne lo sviluppo e la risposta all’ambiente in cui vivono: è, insomma, il più potente archivio delle informazioni che possediamo. Il primo modello accurato della struttura del DNA, ovvero il modello a doppia elica, fu illustrato nel 1953 sulla rivista Nature dai biologi James Watson e Francis Crick.  Una molecola di DNA è troppo piccola per essere visibile, ma la sua forma esatta è stata ingegnosamente dedotta con mezzi indiretti. Essa consiste di una coppia di catene nucleotidiche avvolte insieme in un’elegante spirale, la “doppia elica”.

Il DNA è un polimero i cui monomeri di base, nucleotidi, sono costituiti da un gruppo fosfato, una base azotata e una molecola di deossiribosio. Le basi azotate presenti nel DNA sono quattro: citosina (C), guanina (G), timina (T) e adenina (A). La struttura primaria del DNA è determinata dalla sequenza di nucleotidi legati tra loro attraverso il legame fosfodiesterico. Questo legame si stabilisce tra due nucleotidi successivi e coinvolge lo zucchero ed il fosfato. Quindi in una catena di DNA si può individuare un ‘estremità 5’ (zucchero) e un’estremità 3’ (fosfato), evidenziando alcune caratteristiche peculiari di questa straordinaria molecola. Il DNA, infatti, ha uno scheletro (backbone) carico negativamente costituto dall’alternanza tra zuccheri e fosfati da cui emergono le basi azotate.

Dentro la struttura della molecola della vita

Struttura-DNA-basi-azotate

Le unità nucleotidiche sono sempre le stesse in tutti gli animali e in tutte le piante. La differenza sta nell’ordine in cui esse sono attaccate insieme. Un’unità G di un uomo è identica in ogni particolare all’unità G di una lumaca, ma la sequenza delle unità è molto diversa. Inoltre, in misura minore, è anche differente dalla sequenza di qualunque altro uomo (eccetto nel caso speciale di gemelli identici). 

Nelle cellule il DNA è presente come doppia elica, cioè come un’elica costituita da due filamenti che corrono antiparalleli. Uno dei filamenti dall’estremità 5’ alla 3’ mentre l’altro dal 3’ al 5’. Questi filamenti si appaiano tra di loro secondo regole precise e definite. Infatti, ciascuna adenina si appaia solo con la timina e ciascuna la citosina si appaia solo con la guanina mediante la formazione di legami idrogeno. Grazie a queste regole le cellule hanno la capacità di trasmettere l’informazione. Data la struttura primaria di una molecola di DNA, infatti, noi siamo sempre in grado di ricostruire l’identità del suo complementare.

Quanto DNA è contenuto nelle nostre cellule?

Se ogni coppia di basi azotate fosse lunga un metro, l’intero genoma umano si estenderebbe per circa 3,200 Km. Ciò che stupisce è che le nostre cellule usino solo una minima parte di questa informazione. Infatti, le sequenze di DNA che portano effettivamente informazioni essenziali (geni), e che come tali possono essere tradotte in proteine, rappresentano nel caso dell’uomo meno del 5% del totale. Questo andamento risulta inversamente proporzionale alla complessità degli organismi: tanto più è complesso un organismo, tanto minore è la proporzione del genoma codificante. Così esistono organismi come il batterio E.coli che presentano l’88% del genoma codificante, mentre nel caso dell’Homo Sapiens solo il 5% viene utilizzato. Probabilmente una delle ragioni della presenza di questo DNA è quello di agire come buffer, come diluente per le mutazioni assicurando che l’informazione sia trasmessa in modo corretto alle cellule figlie. Questa eventualità negli organismi complessi è assicurata dalla presenza di numerosi meccanismi di riparo così come in parte dalla presenza di questo “DNA tampone”.

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