Comprensione della struttura a doppia elica del DNA

In biologia, "doppia elica" è un termine usato per descrivere la struttura del DNA. Una doppia elica del DNA è costituita da due catene a spirale di acido desossiribonucleico. La forma è simile a quella di una scala a chiocciola. Il DNA è un acido nucleico composto da basi azotate (adenina, citosina, guanina e timina), uno zucchero a cinque atomi di carbonio (desossiribosio) e molecole di fosfato. Le basi nucleotidiche del DNA rappresentano i gradini della scala e le molecole di desossiribosio e fosfato formano i lati della scala.

Perché il DNA è contorto??

Il DNA è arrotolato nei cromosomi e strettamente racchiuso nel nucleo delle nostre cellule. L'aspetto contorto del DNA è il risultato delle interazioni tra le molecole che compongono il DNA e l'acqua. Le basi azotate che compongono i gradini della scala a chiocciola sono tenute insieme da legami idrogeno. L'adenina è legata con timina (A-T) e coppie di guanina con citosina (G-C). Queste basi azotate sono idrofobiche, nel senso che mancano di affinità per l'acqua. Poiché il citoplasma cellulare e il citosolo contengono liquidi a base acquosa, le basi azotate vogliono evitare il contatto con i fluidi cellulari. Le molecole di zucchero e fosfato che formano la spina dorsale zucchero-fosfato della molecola sono idrofile, il che significa che sono amanti dell'acqua e hanno un'affinità con l'acqua.

Il DNA è disposto in modo tale che il fosfato e la spina dorsale dello zucchero siano all'esterno e a contatto con il fluido, mentre le basi azotate si trovano nella porzione interna della molecola. Al fine di impedire ulteriormente che le basi azotate entrino in contatto con il fluido cellulare, la molecola si attorciglia per ridurre lo spazio tra le basi azotate e i fili di fosfato e zucchero. Il fatto che i due filamenti di DNA che formano la doppia elica siano anti-paralleli aiuta anche a torcere la molecola. Anti-parallelo significa che i filamenti di DNA corrono in direzioni opposte, assicurando che i filamenti si incastrino strettamente insieme. Ciò riduce la possibilità che il fluido penetri tra le basi.

Replica del DNA e sintesi proteica

La forma a doppia elica consente la replicazione del DNA e la sintesi proteica. In questi processi, il DNA contorto si svolge e si apre per consentire una copia del DNA. Nella replicazione del DNA, la doppia elica si svolge e ogni filo separato viene utilizzato per sintetizzare un nuovo filo. Man mano che si formano i nuovi filamenti, le basi vengono accoppiate insieme fino a formare due molecole di DNA a doppia elica da una singola molecola di DNA a doppia elica. La replicazione del DNA è necessaria affinché si verifichino i processi di mitosi e meiosi.

Nella sintesi proteica, la molecola di DNA viene trascritta per produrre una versione RNA del codice DNA noto come RNA messaggero (mRNA). La molecola di RNA messaggero viene quindi tradotta per produrre proteine. Affinché avvenga la trascrizione del DNA, la doppia elica del DNA deve svolgersi e consentire a un enzima chiamato RNA polimerasi di trascrivere il DNA. L'RNA è anche un acido nucleico ma contiene l'uracile di base invece della timina. Nella trascrizione, le coppie di guanina con la citosina e le coppie di adenina con l'uracile formano la trascrizione dell'RNA. Dopo la trascrizione, il DNA si chiude e ritorna al suo stato originale.

Scoperta della struttura del DNA

Dott. Francis Crick e dott. James Watson ad un simposio di biologia molecolare. Ted Spiegel / Collaboratore / Getty Images

Il merito della scoperta della struttura a doppia elica del DNA è stato dato a James Watson e Francis Crick, che hanno ricevuto un premio Nobel per il loro lavoro. La determinazione della struttura del DNA si basava in parte sul lavoro di molti altri scienziati, tra cui Rosalind Franklin. Franklin e Maurice Wilkins hanno usato la diffrazione dei raggi X per accertare indizi sulla struttura del DNA. La foto di diffrazione dei raggi X del DNA scattata da Franklin, chiamata "fotografia 51", mostrava che i cristalli di DNA formano una forma a X sul film radiografico. Le molecole a forma elicoidale hanno questo tipo di motivo a X. Utilizzando le prove dello studio sulla diffrazione di raggi X di Franklin, Watson e Crick hanno rivisto il loro precedente modello di DNA a tripla elica proposto in un modello a doppia elica per il DNA.

Le prove scoperte dal biochimico Erwin Chargoff hanno aiutato Watson e Crick a scoprire l'accoppiamento di base nel DNA. Chargoff ha dimostrato che le concentrazioni di adenina nel DNA sono uguali a quelle della timina e che le concentrazioni di citosina sono uguali alla guanina. Con queste informazioni, Watson e Crick sono stati in grado di determinare che il legame tra l'adenina e la timina (A-T) e la citosina con la guanina (C-G) formano i gradini della forma a chiocciola del DNA. La spina dorsale zucchero-fosfato costituisce i lati della scala.

_Fonte:

• _{"La scoperta della struttura molecolare del DNA - La doppia elica". Nobelprize.org, Nobel Media AB, 2014, www.nobelprize.org/educational/medicine/dna_double_helix/readmore.html.}