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http://www.ibeans.it di Pippo Panascì
DNA e RNA: i messaggeri del
codice
Che il DNA sia la molecola che
governa la trasmissione ereditaria, e che abbia la forma di una doppia
elica sono nozioni entrate ormai nel folklore. Il DNA è un tipo di acido
nucleico (gli acidi nucleici si chiamano così perché si trovano nel nucleo delle
cellule).
Come altre importanti molecole
della vita, il DNA è modulare, ossia è costruito per mezzo di una disposizione
ripetuta di componenti semplici. Sia nel caso del DNA sia in quello dell'RNA, i
due tipi di molecole che trasportano il codice genetico, c'è modularità
all'interno di una modularità: il DNA è costituito da una sequenza di
componenti basilari detti nuc1eotidi, che sono costruiti a loro volta da
sequenze di molecole minori. Possiamo concepire il processo della formazione di
DNA come analogo alla composizione di un libro da componenti più piccoli, come
lettere, parole e frasi. L'assemblaggio del DNA implica la composizione di
gruppi minori preassemblati, più che un inizio completo dal
nulla
I caratteri
del codice
I nucleotidi sono le «lettere»
del nostro codice genetico. Il nostro corpo contiene innumerevoli bilioni di
queste molecole, come i cassetti di un tipografo traboccano di caratteri
che attendono solo di essere allineati nella composizione di un testo (ci
rendiamo conto che quest'immagine è oggi un po' superata). Ogni nucleotide è
formato da tre molecole minori. La più semplice di queste, il gruppo fosforico,
è formato da un atomo di fosforo circondato da quattro atomi di ossigeno.
Viene poi uno zucchero: il desossiribosio nel DNA (= «acido desossiribonucleico
», e il ribosio nell'RNA (= «acido ribonucleico » ), un altro importante acido
nucleico. Il gruppo fosforico e lo zucchero sono connessi a una di quattro
molecole diverse designate collettivamente come basi azotate. Le quattro basi
azotate - adenina, citosina, guanina e timina sono simili per dimensioni ma
del tutto differenti per forma, come quattro diverse lettere dell'alfabeto. Esse
sono in effetti rappresentate di solito con le lettere A, C, G e
T.
Ogni nucleotide è una
combinazione in forma di L di uno zucchero, un gruppo fosforico e una base
azotata.
Considerata a sé, questa
molecola non è molto interessante, cosìcome una pagina con una sola lettera non
è una lettura molto divertente.
Ma se si compongono i
nuc1eotidi nell'ordine giusto, si crea il libro della
vita.
La molecola
della doppia elica del DNA, che reca in sé il progetto in codice di tutti gli
organismi viventi, ricorda una
scala di corda attorcigliata su se stessa,
con molecole di zucchero per i montanti verticali e
molecole di basi azotate per i pioli
La doppia
elica
Il modo migliore per pensare la
struttura del DNA è quello di immaginare di costruire una scala di nuc1eotidi.
La parte dei nuc1eotidi formata da molecole di zucchero e gruppi fosforici
costituisce i montanti della scala, mentre le coppie di basi azotate si
agganciano insieme all'interno a formare i pioli. Una volta che abbiamo
costruito la. scala in questo modo, immaginiamo di prenderne la parte alta e
quella bassa e di attorcerle in direzioni opposte. In questo modo otteniamo la
famosa doppia elica del DNA.
Il
DNA duplica se stesso dividendosi dapprima longitudinalmente
come
una chiusura lampo che si apre. Ogni metà della doppia elica
originaria attrae basi complementari per formare due
nuove molecole identiche
La sequenza dei «pioli» della
scala ha un 'importanza cruciale.
La forma delle molecole delle
basi è tale che, quando adenina e timina vengono avvicinate, fra di loro si
formano legami a idrogeno ed esse si fissano assieme a formare un « piolo »
solido. Lo stesso accade per la guanina e la citosina,
ma non con ogni altro
appaiamento possibile delle quattro basi. Ci sono quindi solo quattro «pioli»
possibili per la scala:
AT
TA GC CG
Il codice genetico - tutta
l'informazione di cui una cellula ha bisogno per riprodursi e per far funzionare
le sue fabbriche chimiche, tutti i caratteri e le bizzarrie che rendono
unico ciascuno di noi - è contenuto nella sequenza delle basi lungo la doppia
elica del DNA.
Tutte le parole, le frasi e i
paragrafi della genetica sono formati per mezzo di combinazioni di quattro
«lettere »: A, T, G e C.
L'RNA, come vedremo, svolge un
ruolo critico nel trasporto e nella lettura dei messaggi genetici. Le molecole
di RNA sono simili a quelle del DNA, con la differenza che
1) lo zucchero conterlUto nei
loro nucleotidi è ribosio anziché desossiribosio,
2) esse hanno solo metà della
«scala », cioè una sola elica formata da molecole di zucchero e gruppi
fosforici, con le basi sporgenti all'esterno, e
3) che la timina vi è
sostituita dalla base azotata uracile (U).
Le
fotocopiatrici genetiche
Tutti i sistemi viventi devono
riprodursi per sopravvivere, cosicché al livello più fondamentale dev'esserci un
modo per copiare molecole di DNA. Il procedimento è semplice. Innanzitutto,
degli enzimi aprono una parte della *= chiusura-lampo del DNA, sciogliendo
i legami che tengono assieme le coppie di basi (si può immaginare che l'enzima
seghi a metà i pioli della scala). L'apertura della chiusura-lampo apre le basi
ora libere all'ambiente. All'interno del nucleo delle cellule, nucleotidi che
fluttuano liberamente sono attratti verso le basi esposte (e si fissano a
esse).
Supponiamo, per esempio, che un
particolare piolo del DNA sia composto dalle basi C e G. Quando il piolo si
divide in due, la base ora libera C attrarrà un nucleotide libero con una G,
mentre la base ora libera G attrarrà un nucleotide con una C. Così il piolo
originario CG viene sostituito da due pioli identici CG.
Passo passo, un piolo dopo
l'altro, questo processo si ripete man mano che ciascuna delle metà
separate recupera dal liquido circostante della cellula una nuova base in
sostituzione di quella 'perduta. Una volta che quest'operazione è stata
compiuta per tutti i pioli della scala, la molecola originaria della doppia
elica è stata sostituita da due molecole identiche.
Questo processo garantisce che
ogni generazione di cellule abbia un DNA identico al
precedente
Il codice
genetico
La sequenza di basi - A, C, G e
T - lungo la molecola di DNA forma un messaggio in codice che dice alla cellula
come produrre molecole di proteine. Poiché le proteine svolgono la funzione di
enzimi per reazioni fra molecole nelle cellule, determinano tutte le funzioni
svolte dalla cellula: la stessa identità biochimica della cellula dipende
dall'informazione codificata nel DNA.
Per passare da una sequenza di
coppie di basi sul DNA a una proteina che esegue la sua funzione nella cellula,
devono accadere due cose. Innanzitutto l'informazione sul DNA dev' essere
letta e trasportata nel luogo della cellula in cui si deve costruire la
proteina, dopo di che l'informazione codificata dev' essere tradotta nella
sequenza specifica di amminoacidi che produrrà la proteina desiderata.
Queste due funzioni sono eseguite da due tipi diversi di molecole di
RNA.
La trascrizione
dell'informazione contenuta sulla molecola di DNA avviene per mezzo di un
processo che assomiglia alla copiatura della molecola di DNA che abbiamo appena
descritto. Un enzima apre mi tratto della *= chiusura-lampo del DNA, e
nucleotidi che di solito fluttuano liberamente nel nucleo si legano alle
basi esposte a formare una molecola di RNA. Se lungo il DNA c'è, per esempio,
una sequenza TGC, la sequenza corrispondente lungo l'RNA sarà ACG. In
questo
modo, l'intera sequenza di basi
contenuta nel tratto di DNA
è copiata sulla molecola più
piccola di RNA, un po' come una fotografia viene copiata per contatto su una
negativa.
Il tipo di RNA
prodotto per mezzo di questo processo di trascrizione si chiama RNA « messaggero
» o, più sinteticamente, m-RNA. Queste molecole sono molto più piccole di
quelle del DNA (dopo tutto, esse copiano solo brevi segmenti del totale) .
Possono perciò uscire dal nucleo attraverso piccole aperture nella membrana
nucleare e passare nel corpo principale della cellula, trasportando con sé
!'informazione codificata.
Quando l'RNA raggiunge il luogo
della cellula dove deve eseguire il suo lavoro, entra in gioco una seconda forma
di RNA, chiamata RNA «di trasferimento» o «di trasporto» (in breve t-RNA).
Questa molecola in forma di chiave ha tre basi lungo la sua parte superiore e un
sito sulla coda che attrae un amminoacido. Essendoci quattro tipi diversi di
basi, devono esserci 64 (4 x 4 x 4) possibili disposizioni di tre basi, e quindi
64 varietà diverse di t-RNA, equivalenti a 64 parole di tre lettere nel codice
della vita. Ogni t-RNA ha nella sua parte superiore una tripletta di basi, e
nella parte inferiore si lega a uno e un solo tipo di amminoacido. Poiché ci
sono 64 triplette possibili, e solo 20 amminoacidi, il codice genetico
contiene una certa ridondanza: varie triplette diverse possono produrre lo
stesso amminoacido, come parole diverse che significhino la stessa
cosa.
L'RNA di trasferimento funziona
come si vede nella figura. Le basi lungo la parte superiore della molecola sono
attratte dalle loro controparti lungo l'm-RNA, e si allineano in
conformità. Quando le basi sono allineate, lo sono anche gli
amminoacidi all'altro estremo del t-RNA. Questi amminoacidi, mantenuti
nella loro sequenza appropriata dalle molecole di RNA, si legano allora a
formare la proteina.
L'espressione «codice genetico»
si riferisce alla connessione che conduce da tre coppie di basi su una
molecola di DNA a un particolare amminoacido che occupa una certa posizione
lungo una catena proteica. Questo non è un concetto astratto. Se si riflette sul
fatto che ogni sostanza chimica nel nostro corpo è prodotta, spostata,
modificata e usata da proteine che sono costruite dal nulla a partire da
una sequenza di amminoacidi specificati esattamente dalla sequenza del DNA, si
vede bene perché diciamo che il DNA contiene il segreto della
vita
Ogni molecola di RNA di trasporto, in forma di chiave,
ha tre basi azotate nella parte superiore che si legano al filamento appropriato
dell'RNA messaggero. Nella parte inferiore di ogni t-RNA c'è uno specifico
amminoacido. Quando le molecole di t-RNA si allineano a un estremo lungo
l'm-RNA, gli amminoacidi vengono a trovarsi allineati all'altro estremo nel modo
giusto per formare una proteina
Il codice
universale
Come un semplice alfabeto può
essere usato per formare un gran numero di parole, così un semplice codice
genetico può produrre una grande varietà di forme di vita. Noi siamo diversi da
un filo d'erba o da un orang-utan perché la sequenza delle basi nel nostro
DNA è diversa da quella del loro DNA. I processi base descritti sopra, però,
operano nello stesso modo in noi e in tutti gli altri esseri
viventi.
Oggi gli scienziati vedono nel
gene, la cui esistenza fu postulata da Mendel, un segmento specifico di una
molecola di DNA molto più lunga. I geni sono le frasi nel nostro libro genetico.
Organismi diversi hanno numeri diversi di geni
(gli esseri umani ne hanno, per
esempio, circa 100.000, e un semplice batterio potrebbe averne 4000), e molti
geni possono implicare da alcune decine ad alcune migliaia di coppie di
basi, a seconda della grandezza della proteina
che dev' essere
prodotta
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http://www.ibeans.it di Pippo Panascì “La scienza per tutti “ di
R.M.Hazen–James Trefil
Ed. CDE Spa Milano su licenza
Longanesi & C