Così come i personaggi di un libro smetterebbero di esistere se il libro scomparisse, anche noi cesseremmo di esistere senza acidi nucleici, ovvero RNA e DNA. In queste macromolecole sono infatti scritte e conservate tutte le nostre informazioni genetiche: il colore della pelle, degli occhi, la statura e molto, molto altro ancora!
Nucleotidi: i monomeri degli acidi nucleici
Gli acidi nucleici contengono tutte le informazioni genetiche necessarie per la vita e dunque sono fondamentali per dirigere le funzioni cellulari. Sono polimeri costituiti da monomeri più piccoli chiamati nucleotidi, che si uniscono tra loro a seguito di reazioni di condensazione.
I due tipi di acidi nucleici che impareremo a conoscere sono l'acido desossiribonucleico, o DNA, e l'acido ribonucleico, o RNA. Sia il DNA che l'RNA sono essenziali nei processi cellulari e nello sviluppo. Tutti gli esseri viventi, sia eucarioti che procarioti, e persino i virus, che sono considerati entità non viventi, contengono acidi nucleici.
Figura 1. Il DNA in una cellula eucariotica (a sinistra) e in un virus (a destra).
Ogni nucleotide è costituito da tre componenti comuni, la cui combinazione è chiamata sequenza di basi:
Un gruppo fosfato. Si tratta di uno ione dell'acido fosforico e conferisce dunque agli acidi nucleici le loro proprietà acide.
Uno zucchero pentoso (cioè avente cinque atomi di carbonio), che può essere il ribosio o il desossiribosio (il secondo ha un atomo di ossigeno in meno rispetto al primo).
Una base organica azotata. Questa molecola contiene azoto e ha proprietà basiche. Le cinque possibili basi azotate sono l'adenina (A), la guanina (G), la citosina (C), la timina (T), e l'uracile (U).
Figura 2. Struttura chimica di un nucleotide generico.
Le quattro diverse basi azotate possono essere suddivise in due gruppi: pirimidine e purine. Le basi pirimidiniche sono le basi più piccole, poiché sono composte da una struttura ad anello a 1 carbonio, e sono la timina, l'uracile e la citosina. Le basi puriniche sono le basi più grandi, poiché sono costituite da strutture ad anello a 2 atomi di carbonio, e sono l'adenina e la guanina.
Acidi nucleici in riassunto
Negli esseri viventi troviamo due tipi di acidi nucleici: il DNA o acido desossiribonucleico e l'RNA o acido ribonucleico. Vediamone innanzitutto la struttura per poi esaminarne la funzione.
DNA
La struttura del DNA è stata scoperta nel 1953 da James Watson e Francis Crick con il contributo della cristallografa Rosalind Franklin. Grazie a loro, sappiamo che il DNA è costituito da due filamenti avvolti a doppia elica (a spirale). Ciascun filamento è costituito da una catena di nucleotidi (catena polinucleotidica).
Come visto prima, il DNA, in quanto acido nucleico, è formato da un gruppo fosfato, uno zucchero pentoso (il desossiribosio) e una base azotata tra guanina, citosina, adenina e timina.
Attenzione: manca l'uracile!
L'appaiamento complementare delle basi azotate per creare il doppio filamento del DNA richiede l'unione di una base pirimidinica con una base purinica attraverso legami idrogeno:
Nella sequenza delle basi azotate è contenuta l'informazione genetica, come scoprirai nel capitolo sul codice genetico.
Poiché la citosina e la guanina formano 3 legami idrogeno, questa coppia è più forte dell'adenina e della timina che formano solo 2 legami idrogeno. Di conseguenza, le molecole di DNA con un'alta percentuale di legami citosina-guanina sono più stabili di quelle con una percentuale inferiore di questi legami. Un altro fattore che stabilizza il DNA è la spina dorsale di desossiribosio-fosfato. Questa mantiene le coppie di basi all'interno della doppia elica proteggendo le basi che sono altamente reattive.
Figura 3. Schema del DNA.
Nelle cellule eucariotiche, il DNA è contenuto nel nucleo racchiuso dalla membrana nucleare, ma anche nei mitocondri e, nelle cellule vegetali, nei cloroplasti. Nelle cellule procariotiche il DNA si trova libero in una zona del citoplasma detta nucleoide, mentre alcuni geni possono essere contenuti anche nei plasmidi.
RNA
L'RNA è simile al DNA, ma presenta alcune differenze importanti dal punto di vista strutturale:
Contiene un solo filamento anziché due.
Lo zucchero presente nei nucleotidi è il ribosio, non il desossiribosio.
Le basi azotate sono sempre quattro, ma al posto della timina (T) è presente l'uracile (U).
Quando l'RNA copia il DNA, si ripetono le regole dell'appaiamento complementare delle basi azotate, l'unica differenza è che l'uracile si sostituisce alla timina:
Figura 4. Molecola di RNA.
Negli eucarioti, l'RNA si trova nel nucleolo, un organello all'interno del nucleo, e nei ribosomi. Nei procarioti, l'RNA si trova nel nucleoide, nei plasmidi e nei ribosomi.
Funzione degli acidi nucleici
I due acidi nucleici svolgono compiti diversi.
DNA
Il DNA nelle sue sequenze di basi azotate contiene tutte le informazioni genetiche, in particolare quelle necessarie per creare le proteine.
Possiamo dividere le informazioni immagazzinate nel DNA in singole unità, i geni.
Figura 5. Sequenza di base del DNA.
Il DNA è il materiale che viene trasmesso alla prole, in modo che le generazioni successive possiedano la stessa capacità di creare le proteine essenziali. Di conseguenza possiamo dire che il DNA svolge un ruolo fondamentale nella continuità della vita. Le informazioni genetiche passano dal DNA all'RNA.
RNA
L'RNA è una copia di una parte di DNA per permettere il trasferimento e la lettura delle informazioni, entrambi processi di sintesi proteica.
Ricordiamo che la sintesi proteica è la creazione di nuove proteine a partire dai singoli amminoacidi. L'RNA è presente sia nella trascrizione che nella traduzione, quindi è necessario in ogni fase della sintesi proteica.
L'RNA trasferisce le informazioni genetiche dal DNA dal nucleo ai ribosomi, organelli specializzati composti da RNA e proteine. I ribosomi sono particolarmente importanti perché qui avviene la traduzione, cioè la fase finale della sintesi proteica.
Esistono diversi tipi di RNA: RNA messaggero (mRNA), RNA di trasporto (tRNA) e RNA ribosomiale (rRNA).
RNA messaggero (mRNA)
L'RNA messaggero o mRNA è una molecola a singolo filamento che trasporta il codice genetico dal DNA ai ribosomi.
L'mRNA è il prodotto finale della trascrizione, la prima fase della sintesi proteica, che avviene nel nucleo. L'mRNA è più corto del DNA e conserva la sequenza di basi di un gene specifico. L'mRNA può migrare dal nucleo verso un ribosoma, dove funge da modello per la traduzione. La sua funzione principale è quindi quella di trasferire l'informazione genetica dal nucleo ai ribosomi, dove viene utilizzata per creare una nuova proteina.
RNA di trasferimento o tRNA
L'RNA di trasferimento o tRNA trasporta gli amminoacidi dal citoplasma della cellula ai ribosomi.
Il tRNA è coinvolto nella traduzione, che avviene nei ribosomi, e ha una forma a trifoglio. In particolare, ha la funzione di fornire l'amminoacido corretto ai ribosomi per costruire la proteina.
Ricorda che i ribosomi si trovano nel citoplasma delle cellule e sul reticolo endoplasmatico ruvido (RER).
RNA ribosomiale o rRNA
L'RNA di trasferimento o tRNA è contenuto nei ribosomi e partecipa alla sintesi proteica.
L'RNA ribosomiale partecipa alla traduzione: aiuta a creare le proteine legandosi all'mRNA e al tRNA.
Differenze tra DNA e RNA
Riassumiamo di seguito le principali differenze tra i due acidi nucleici.
Figura 6. Confronto tra molecola di RNA e molecola di DNA.
Tabella 1. Differenze tra DNA e RNA
| DNA | RNA |
Funzione | Conserva informazioni genetiche | Sintesi proteica: trascrizione, trasferimento delle informazioni genetiche ai ribosomi e traduzione. |
Grandezza | Più lungo | Più corto; è una copia di una piccola parte di DNA |
Numero di filamenti | 2 filamenti | 1 filamento |
Struttura | Doppia elica (spirale) | Diversa in base al tipo di RNA; il tRNA è a trifoglio, ad esempio |
Ubicazione (eucarioti) | Nucleo, mitocondri e, solo nelle cellule vegetali, cloroplasti | Nucleolo, ribosomi |
Ubicazione (procarioti) | Nucleoide, plasmidi | Nucleoide, plasmidi, ribosomi |
Basi azotate | Adenina, timina, citosina, guanina | Adenina, uracile, citosina, guanina |
Zucchero pentoso | Desossiribosio | Ribosio |
Acidi nucleici - Punti chiave
- Gli acidi nucleici sono le macromolecole essenziali responsabili dell'immagazzinamento e del trasferimento del materiale genetico.
- I due tipi di acidi nucleici, DNA e RNA, sono biomolecole formate da monomeri, i nucleotidi. Ogni nucleotide, sia di DNA, sia di RNA, contiene tre componenti strutturali: un gruppo fosfato, uno zucchero pentoso e una base azotata.
- Il DNA è una doppia elica composta da 2 filamenti polinucleotidici, mentre l'RNA è una molecola a catena singola composta da 1 filamento polinucleotidico.
- Il DNA immagazzina le informazioni genetiche, mentre l'RNA le copia e trasferisce ai ribosomi, dove le traduce in proteine.
- Esistono tre tipi diversi di RNA, ciascuno con funzioni diverse: mRNA, tRNA e rRNA.
References
- Fig. 2 - DNA Nucleotides (https://commons.wikimedia.org/wiki/File:0322_DNA_Nucleotides.jpg), Author OpenStax is licensed by CC BY 4.0 (https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/deed.en), translated into Italian and edited by StudySmarter
- Fig. 4 - RNA (https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Blausen_0773_RNA_-_it.png), Author Blausen.com staff (2014). "Medical gallery of Blausen Medical 2014". WikiJournal of Medicine 1 (2). DOI:10.15347/wjm/2014.010. ISSN 2002-4436, Italian version by Ruthven is licensed by CC BY 3.0 (https://creativecommons.org/licenses/by/3.0/deed.en)
- Fig. 6 - Difference DNA RNA-IT (https://it.wikipedia.org/wiki/File:Difference_DNA_RNA-IT.svg). Author Sponk, Italian version by Ciao57 is licensed by CC BY-SA 3.0 (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0/deed.it)
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