SDD Seconde Gli acidi nucleici. Gli acidi nucleici
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- Italo Grimaldi
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1 1 Capire come le informazioni genetiche sono immagazzinate nelle cellule e come avviene la trasformazione di queste informazioni nei meccanismi metabolici delle cellule. Quattro mattoncini La cellula ha bisogno di una banca dati che contenga tutte le informazioni che le servono per poter vivere. Le informazioni sono "memorizzate" nel DNA. Il DNA, contenuto nel nucleo, in un certo senso è "l'hard disk" di ogni cellula vivente. Come quasi tutte le molecole biologicamente rilevanti, anche il DNA è un polimero. Mentre le proteine sono composte da 20 monomeri diversi, il DNA ha unicamente 4 monomeri chiamati genericamente nucleotidi (adenina (A), timina (T), guanina (G), citosina (C)). La struttura fondamentale dei monomeri è divisa in tre parti: un gruppo fosfato, un anello di uno zucchero speciale (desossiribosio) e una base (purinica (A e G) o pirimidinica(c e T)).
2 2 I monomeri sono uniti tra loro attraverso il fosfato che collega due anelli zuccherini. Così si forma un filamento di nucleotidi. Tuttavia il DNA ha una caratteristica peculiare e cioè è sempre composto da un doppio filamento di nucleotidi appaiati tra loro e nei quali la timina si trova sempre di fronte ad un'adenina e una citosina si trova sempre di fronte guanina; questo perché si formano dei ponti idrogeno (ricordate? Dipolodipolo con il coinvolgimento degli atomi di idrogeno) specifici. Abbiamo anche qui un riconoscimento molecolare, analogo a quello che eseguono gli enzimi con il loro substrato. Il doppio filamento poi si avvolge su se stesso formando la famosa doppia elica di DNA. Osservate a tal proposito le immagini qui allegate. Dai nucleotidi al DNA
3 3 La replicazione del DNA Quando una cellula si riproduce dividendosi chiaramente deve anche produrre una copia perfetta del DNA affinché entrambe le cellule figlie abbiano lo stesso patrimonio genetico. Proprio qui si può apprezzare l'importanza del doppio filamento. Infatti durante la replicazione del DNA, la spirale a doppio filamento si apre e l'enzima DNA polimerasi forma due spirali utilizzando "lo stampo" fornito dai filamenti non appaiati. Alla fine del processo ogni cellula figlia avrà di nuovo un doppio filamento di DNA nel quale uno dei due filamenti è quello originale della cellula madre e l'altro è quello sintetizzato durante la replicazione. Quindi uno dei motivi che ha fatto si che il DNA fosse un doppio filamento è proprio la facilità di replicare una tale struttura. Dal DNA alle proteine: la trascrizione dell'rna Il DNA non può uscire dal nucleo. Tuttavia l'informazione che contiene deve poter essere trasportata nel citoplasma per essere utilizzata. Per poter eseguire questa trasmissione di dati il DNA è trascritto in una forma che può lasciare il nucleo e muoversi nel citoplasma. Questa copia "a brutta" è l'rna messaggero (mrna). Consiste in un filamento singolo di nucleotidi copiato in un modo molto simile a quello appena visto per la replicazione. In questo caso l'enzima responsabile per la sintesi dell'rna ü chiamato
4 4 RNA polimerasi. Per varie ragioni che vedremo più avanti però, questo processo è molto più complesso di quello della replicazione. Ci sono altre due differenze tra l'rna e il DNA. LA prima è che lo zucchero non è più il desossiribosio ma è il ribosio e la seconda è che al posto del nucleotide timina l'rna utilizza l'uracile (che in realtà è molto simile alla timina). Grazie a queste differenze la cellula è in grado di distinguere i filamenti e il nucleo selettivamente permette solo all'rna di uscire nel citoplasma. La situazione si complica: mrna, trna e rrna Purtroppo la situazione è ancora un po' più complessa. Esistono in natura tre tipi diversi di RNA, ciascuno con una funzione ben precisa. L'mRNA è quello più semplice da capire. È una brutta copia dell'informazione contenuta nel DNA e che può portare questa informazione nel citoplasma. Il trna è un filamento molto corto di RNA con un compito ben preciso: tradurre l'informazione genetica in informazione proteica. In un certo senso è una chiave di lettura del mrna che è in grado di abbinare determinate sequenze di nucleotidi (a 3 a 3) con un amminoacido specifico. Da un lato il trna ha un cosiddetto anticodone composto da tre nucleotidi specifici, con il quale è in grado di agganciarsi all'mrna; sull'altro lato della molecola si trova invece il punto sul quale viene agganciato l'amminoacido specifico per l'anticodone. Infine c'è anche il cosiddetto rrna. È il costituente principale dei ribosomi. I ribosomi sono quegli organelli del citoplasma nei quali avviene la sintesi delle proteine a partire dall'informazione contenuta nel mrna. Si può osservare che in realtà esistono due subunità di rrna, una più piccola e una più grande. Bisogna comunque anche ricordarsi che i ribosomi contengono anche parecchie proteine abbinate all'rrna. Le due subunità si incastrano tra di loro afferrando un filamento di mrna e iniziando la traduzione del codice genetico in una nuova proteina.
5 5 Il codice genetico Il codice genetico è quella tavola di corrispondenze che codifica gli amminoacidi delle proteine a partire dai nucleotidi della sequenza genetica. Osservate lo schema. Vedrete che combinando 3 nucleotidi si possono ottenere 64 combinazioni diverse (4 3 =64). Gli amminoacidi sono solamente 20 e quindi ci sono molti amminoacidi che vengono rappresentati nel DNA e nell'rna con più di una combinazione di nucleotidi. Chiaramente non si sarebbe potuto prendere solamente 2 nucleotidi per codificare gli amminoacidi, in quanto si otterrebbero unicamente 16 combinazioni (4 2 =16). Inoltre osservate anche che ci sono anche due codici che indicano STOP. Queste triplette infatti indicano la fine della proteina e non hanno un abbinamento con nessun amminoacido. Il segnale di START invece è dato, come vi avevo detto nel capitolo delle proteine dalla combinazione AUG (AUG toro seduto...) che codifica per l'amminoacido metionina. La traduzione: vediamo come avviene la sintesi delle proteine La cosa migliore è osservare attentamente uno schema che riassume la sintesi delle proteine. Il meccanismo è infatti piuttosto complesso. Tutte le informazioni sono contenute nel DNA. A partire dal DNA vengono sintetizzati i vari RNA necessari al funzionamento della cellula: l''rrna che poi si raggomitola come fanno le proteine e diventa il costituente essenziale dei ribosomi, i piccoli frammenti di trna che portano il codice di traduzione nucleotidi-amminoacidi e l'mrna che contiene l'informazione sulla sequenza di amminoacidi nelle proteine. Quando l'mrna raggiunge un ribosoma ecco che questo inizia la sintesi delle proteine. Il ribosoma "afferra" l'mrna e lo combina con il trna appropriato che naturalmente deve essere stato "caricato" con l'amminoacido corretto (ci sono enzimi proteici che si occupano proprio di caricare il corretto amminoacido sullo specifico trna, che si chiamano Amminoacil-tRNA-sintetasi). Quanto il ribosoma trova i corretti trna (con l'anticodone corrispondente al codone dell'mrna) crea il legame peptidico tra i due amminoacidi montati sui rispettivi trna. Il trna a questo punto privo del suo amminoacido è sganciato, e la procedura si ripete facendo scorrere l'mrna per i successivi 3 nucleotidi. Il ribosoma ripete questa operazione fino a quando non incontra un segnale di STOP. Trovato questo la proteina è liberata nel citoplasma. Si osservi anche che più ribosomi possono contemporaneamente lavorare su un solo mrna producendo più proteine a partire da un unico filamento di informazione; in questo modo la cellula non è costretta a trascrivere un mrna per ciascuna proteina preparata. Un bel vantaggio...
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COME È FATTO? Ogni filamento corrisponde ad una catena di nucleotidi
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