Struttura del DNA

Di Susha Cheriyedath, M.Sc.Reviewed by Sally Robertson, B.Sc.

La scoperta della struttura del DNA da parte di James Watson e Francis Crick nel 1953 è una delle scoperte scientifiche più rivoluzionarie fino ad oggi. Tuttavia, la ricerca che ha portato alla scoperta della struttura dell’acido nucleico è iniziata diversi anni prima e ha coinvolto molti ricercatori diversi in tutto il mondo.

Sviluppi iniziali

È stato nel 1869 che il biochimico svizzero Frederich Miescher è stato il primo a identificare il DNA come presente nei nuclei dei linfociti. Tuttavia, l’importanza della molecola non fu realizzata fino a più di 50 anni dopo. Nel 1919, il biochimico russo Phoebus Levene propose che gli acidi nucleici sono costituiti da nucleotidi, che sono composti da una delle quattro basi – A (adenina), T (timina), G (guanina) e C (citosina); uno zucchero e un gruppo fosfato.

Il biochimico austriaco Erwin Chargaff, ispirato dal documento di Oswald Avery del 1944 sul DNA come materiale genetico, lanciò un progetto di ricerca concentrato sulla chimica degli acidi nucleici negli anni 50. Sulla base delle sue osservazioni sulla quantità di basi nel DNA, ha inquadrato la regola di Chargaff, che afferma che la quantità totale di purine (A + G) è quasi uguale alla quantità totale di pirimidine (C + T). La combinazione delle scoperte di Levene e il cruciale lavoro di cristallografia a raggi X sulla struttura del DNA di Rosalind Franklin e Maurice Wilkins, pose le basi per la scoperta rivoluzionaria della struttura della doppia elica da parte di Watson e Crick nel 1953.

Nel 1962, Watson, Crick e Wilkins ricevettero congiuntamente il premio Nobel per la medicina “per le loro scoperte riguardanti la struttura molecolare degli acidi nucleici e la sua importanza per il trasferimento di informazioni nella materia vivente.”

La doppia elica del DNA

Struttura e componenti

Il DNA consiste in 2 catene o filamenti polinucleotidici, avvolti l’uno intorno all’altro in modo da assomigliare a una scala attorcigliata. Questa struttura è chiamata doppia elica. La spina dorsale di ciascuno di questi filamenti è un modello ripetuto di uno zucchero a 5 carboni e un gruppo fosfato. Ogni zucchero è attaccato a una delle quattro basi contenenti azoto: A, T, G o C.

Lo zucchero presente nel nucleotide è un desossiribosio, da cui il nome di acido desossiribonucleico (DNA). Nella struttura a doppia elica del DNA, tutte e quattro le basi sono confinate all’interno della doppia elica, tenute in posizione da legami idrogeno (H) che collegano le basi complementari sui due filamenti. Le ossa di zucchero-fosfato del DNA sono all’esterno della doppia elica.

Idrogeno

Adenina e timina sono accoppiate da due legami H, mentre citosina e guanina sono accoppiate da tre legami H. Le basi sono impilate sulla scala e il legame idrofobico tra le basi dà stabilità alla molecola di DNA.

Accoppiamento complementare delle basi

I due filamenti di DNA nella doppia elica corrono in direzioni opposte (antiparalleli tra loro) per aiutare le basi in ogni coppia di basi ad adattarsi alla doppia elica. Questo significa che i nucleotidi in ogni filamento di DNA sono esattamente complementari a quelli dell’altro filamento.

L’accoppiamento complementare delle basi A con T e G con C permette di ottimizzare i livelli di energia nella doppia elica. In questa disposizione a doppia elica, la larghezza di ogni coppia di basi rimane la stessa, il che significa che viene mantenuta la stessa distanza tra i dorsali di fosfato di zucchero, per tutta la lunghezza della molecola di DNA. Le torsioni o svolte nei due dorsali di fosfato di zucchero della doppia elica avvengono ogni dieci coppie di basi, il che massimizza l’efficienza dell’impacchettamento delle coppie di basi.

I due filamenti polinucleotidici della doppia elica del DNA forniscono una base semplice per copiare le informazioni nella molecola. Al momento della separazione, ciascuno dei due filamenti serve da modello per creare una copia esatta o identica della molecola di DNA.

1. http://tigger.uic.edu/classes/phys/phys461/phys450/ANJUM04/
2. http://www.ncbi.nlm.nih.gov/books/NBK26821/
3. http://cs.boisestate.edu/~amit/teaching/342/lab/structure.html
4. http://www.nature.com/scitable/topicpage/discovery-of-dna-structure-and-function-watson-397
5. https://www.nobelprize.org/nobel_prizes/medicine/laureates/1962/

Altre letture

• Tutti i contenuti del DNA
• Cos’è il DNA?
• Proprietà del DNA
• Modifiche chimiche del DNA
• Funzioni biologiche del DNA

Scritto da

Susha Cheriyedath

Susha ha un Bachelor of Science (B.Sc.) in Chimica e un Master of Science (M.Sc) in Biochimica presso l’Università di Calicut, India. Ha sempre avuto un forte interesse per le scienze mediche e sanitarie. Come parte del suo master, si è specializzata in Biochimica, con un’enfasi sulla Microbiologia, Fisiologia, Biotecnologia e Nutrizione. Nel suo tempo libero, ama cucinare una tempesta in cucina con i suoi esperimenti di cottura super-messy.

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