Tutti gli organismi contengono acidi nucleici sotto forma di acido deossiribonucleico (DNA) e ribonucleico (RNA)
Il DNA è il depositario dell’informazione genetica che viene trascritta (cioè copiata) in molecole di RNA. L’RNA contiene il codice per sintetizzare specifiche proteine.
Una molecola acido nucleico è un polimero costituito da monomeri detti nucleotidi. Ciascun nucleotide è costituito da tre molecole:
uno zucchero pentoso
una base azotata
una molecola di acido fosforico
Uno zucchero pentoso è uno zucchero la cui molecola è costituita da 5 atomi di carbonio. La base azotata è legata al carbonio 1 dello zucchero pentoso, mentre l’acido fosforico (H3PO4) è legato al carbonio 5 che è esterno all’anello dello zucchero.
I nucleotidi si legano tra loro medianti legami fosfodiestere che collegano il C3 del pentoso di un nucleotide al C5 del nucleotide successivo. In questo modo l’acido fosforico impiega due dei suoi tre gruppi acidi nel legame fosfodiestere 3-5. il gruppo acido restante conferisce alla molecola di acido nucleico particolari caratteristiche:
proprietà acide
capacità di legarsi con proteine basiche (istoni)
basofilia (la molecola può essere facilmente colorata con coloranti basici)
Lo zucchero pentoso è il ribosio nell’RNA e il deossiribosio nel DNA. La differenza tra i due è che al deossiribosio manca l’ossigeno legato al C2.
Le basi azotate si chiamano così perché contengono molti atomi di azoto e possono essere di due tipi: purine o pirimidine.
I nucleotidi che costituiscono la molecola del DNA sono:
adenosin monofosfato
citidin monofosfato
guanosin monofosfato
timidin monofosfato
Quelli che costituiscono la molecola dell’RNA sono gli stessi, ad eccezione del timidin monofosfato che è sostituito dall’uridin monofosfato.
Un nucleoside è un nucleotide a cui manca il fosfato, cioè sono la combinazione di uno zucchero pentoso e di una base azotata. Per esempio, è un nucleoside l’adenosina:
Adenina → base azotata
Adenosina → nucleoside (adenina + zucchero pentoso)
Adenosin monofosfato → nucleotide (adenina + zucchero pentoso + fosfato)
L’adenosin trifosfato (ATP) è un particolare nucleotide con tre acidi fosforici, uniti tra loro con legami ad alto contenuto energetico. Infatti questa è una molecola fondamentale per la cellula perché rappresenta la principale forma di accumulo di energia.
La molecola di DNA è costituita da 2 catene polinucleotidiche le quali formano una doppia elica intorno allo stesso asse centrale. Esse sono antiparallele: i legami 3-5 fosfodiestere sono rivolti in direzione opposta. Questo vuol dire che se una catena inizia con il C3 libero e finisce con il C5 libero, l’altra catena è disposta in modo contrario.
Le due catene sono unite tra loro mediante legami a idrogeno che si instaurano tra le basi complementari. Le uniche coppie tra le quali è possibile il legame sono A-T e C-G.
Tra A e T si instaurano due legami a idrogeno mentre tra C e G se ne formano tre, quindi la coppia C-G è più stabile.
A=T C≡G
La sequenza assiale di basi lungo una catena può variare molto, ma la sequenza della catena corrispondente deve essere complementare alla prima.
Le due catene possono essere separate tra loro rompendo il legame a idrogeno tra le coppie di basi. Questo può essere fatto mediante riscaldamento o un pH alcalino (fusione o denaturazione). Dopo la denaturazione si può riottenere la conformazione a doppia elica lasciando raffreddare lentamente il DNA, in modo che le badi possano riappaiarsi (rinaturazione)
La struttura dell’RNA è simile a quella del DNA, tranne che per la presenza del ribosio invece del deossiribosio e dell’uracile invece della timina. Inoltre L’RNA è costituito da una catena singola.
Ma le molecole di RNA, avendo estese regioni complementari all’interno di una stessa catena, spesso si ripiegano e tra le basi della catena si instaurano legami a idrogeno, formando delle anse a forcina.
Ci sono tre tipi di RNA:
RNA messaggero (mRNA): porta l’informazione genetica per la sequenza di amminoacidi
RNA transfer (tRNA): identifica e trasporta gli amminoacidi ai ribosomi
RNA ribosomico (rRNA): rappresenta il 50% della massa dei ribosomi