Il post di oggi sconfina nel regno della biochimica, con uno sguardo alla struttura chimica del DNA e al suo ruolo nella creazione di proteine nelle nostre cellule. Naturalmente, il DNA non si trova solo negli esseri umani – è presente nelle cellule di ogni forma di vita multicellulare sulla Terra. Questo grafico fornisce una panoramica della sua struttura comune a tutte queste forme di vita, e una breve spiegazione di come permette di generare le proteine.
Il DNA si trova nel nucleo delle cellule degli organismi multicellulari, ed è stato isolato per la prima volta nel 1869, dal medico svizzero Friedrich Miescher. Tuttavia, la sua struttura non è stata chiarita fino a quasi un secolo dopo, nel 1953. Gli autori del documento in cui questa struttura è stata suggerita, James Watson & Francis Crick, sono ora nomi familiari, e hanno vinto un premio Nobel per il loro lavoro. Questo lavoro, tuttavia, dipendeva fortemente dal lavoro di un’altra scienziata, Rosalind Franklin.
Franklin stessa stava anche studiando la struttura del DNA, e fu la sua fotografia a raggi X, che mostrava chiaramente la struttura a doppia elica del DNA, che aiutò notevolmente il loro lavoro. Non aveva ancora pubblicato le sue scoperte quando Watson e Crick ne ottennero l’accesso a sua insaputa. Tuttavia, il fatto che non abbia vinto il premio Nobel non è una svista, ma semplicemente una conseguenza della politica del comitato secondo cui i premi Nobel non possono essere assegnati postumi.
Il modello a doppia elica del DNA (acido desossiribonucleico) consiste in due filamenti intrecciati. Questi fili sono costituiti da nucleotidi, che a loro volta sono composti da tre parti: un gruppo di zucchero, un gruppo fosfato e una base. I gruppi di zucchero e fosfato combinati formano la “spina dorsale” ripetuta dei filamenti di DNA. Ci sono quattro diverse basi che possono potenzialmente essere attaccate al gruppo di zuccheri: adenina, timina, guanina e citosina, chiamate A, T, G e C.
Le basi sono ciò che permette ai due filamenti di DNA di stare insieme. Forti forze intermolecolari chiamate legami a idrogeno tra le basi su filamenti adiacenti sono responsabili di questo; a causa delle strutture delle diverse basi, l’adenina (A) forma sempre legami a idrogeno con la timina (T), mentre la guanina (G) forma sempre legami a idrogeno con la citosina (C). Nel DNA umano, in media ci sono 150 milioni di coppie di basi in una singola molecola – quindi molte di più di quelle mostrate qui!
Le cellule del tuo corpo si dividono, si rigenerano e muoiono costantemente, ma perché questo processo avvenga, il DNA all’interno della cellula deve essere in grado di replicarsi. Durante la divisione cellulare, i due filamenti di DNA si dividono e i due singoli filamenti possono essere usati come modello per costruire una nuova versione del filamento complementare. Poiché la A si accoppia sempre con la T e la G si accoppia sempre con la C, è possibile elaborare la sequenza di basi su un filamento usando il filamento opposto, ed è questo che permette al DNA di replicarsi. Questo processo è portato avanti da una famiglia di enzimi chiamati DNA polimerasi.
Quando il DNA è usato per creare proteine, anche i due filamenti devono dividersi. In questo caso, però, il codice del DNA viene copiato in mRNA (acido ribonucleico messaggero), un processo noto come “trascrizione”. La struttura dell’RNA è molto simile a quella del DNA, ma con alcune differenze chiave. In primo luogo, contiene un gruppo di zucchero diverso nella spina dorsale di fosfato di zucchero della molecola: ribosio invece di desossiribosio. In secondo luogo, usa ancora le basi A, G e C, ma invece della base T, usa l’uracile, U. La struttura dell’uracile è molto simile alla timina, con l’assenza di un gruppo metile (CH3) come unica differenza.
Una volta che i nucleotidi del DNA sono stati copiati, l’mRNA può lasciare il nucleo della cellula e raggiungere il citoplasma, dove avviene la sintesi delle proteine. Qui, molecole complicate chiamate ribosomi “leggono” la sequenza di basi sulla molecola di mRNA. I singoli aminoacidi, che insieme formano le proteine, sono codificati da sezioni di tre lettere del filamento di mRNA. I diversi codici possibili, e gli aminoacidi che codificano, sono stati riassunti in un post precedente che riguardava le strutture degli aminoacidi. Un diverso tipo di RNA, l’RNA di trasferimento, è responsabile del trasporto degli aminoacidi all’mRNA e della loro unione. Possono verificarsi degli errori nel copiare la sequenza del DNA nell’mRNA, e questi errori casuali sono chiamati mutazioni. Gli errori possono essere sotto forma di una base cambiata, o anche di una base cancellata o aggiunta. Alcune sostanze chimiche e le radiazioni possono indurre questi cambiamenti, ma possono avvenire anche in assenza di questi effetti esterni. Possono portare al cambiamento del codice di un aminoacido in quello di un altro, o addirittura renderlo illeggibile. Un certo numero di malattie possono derivare da mutazioni durante la replicazione del DNA, tra cui la fibrosi cistica e l’anemia falciforme, ma vale la pena notare che le mutazioni possono anche avere effetti positivi.
Anche se ci sono solo 20 aminoacidi, il corpo umano può combinarli per produrre una cifra impressionante di circa 100.000 proteine. La loro creazione è un processo continuo, e una singola catena proteica può avere 10-15 aminoacidi aggiunti al secondo attraverso il processo sopra descritto. Poiché lo scopo di questo post era principalmente quello di esaminare la struttura chimica del DNA, la discussione della replicazione e della sintesi proteica è stata mantenuta breve e relativamente semplicistica. Se sei interessato a leggere di più sull’argomento, controlla i link forniti qui sotto!
Grazie a Liam Thompson per l’aiuto nella ricerca di questo post, e per aver fornito una semplice panoramica incredibilmente utile del processo di sintesi proteica dal DNA.
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