Contenuto
- La struttura del DNA
- Legame specifico per coppie di basi
- Dove si trova il DNA?
- Replicazione del DNA
- Introni ed esoni
- Trascrizione dell'RNA
- Come è stata scoperta la struttura del DNA?
DNA, o acido desossiribonucleico, è un acido nucleico (uno di questi due acidi presenti in natura) che serve a immagazzinare informazioni genetiche su un organismo in un modo che può essere trasmesso alle generazioni successive. L'altro acido nucleico è RNA, o acido ribonucleico.
Il DNA trasporta il codice genetico per ogni singola proteina prodotta dall'organismo e agisce quindi da modello per tutti voi. Una stringa di DNA che codifica per un singolo prodotto proteico è chiamata a gene.
Il DNA è costituito da polimeri molto lunghi di unità monomeriche chiamate nucleotidi, che contengono tre regioni distinte e sono disponibili in quattro sapori distinti nel DNA, grazie alle variazioni nella struttura di una di queste tre regioni.
Negli esseri viventi, il DNA è aggregato a proteine chiamate istoni per creare una sostanza chiamata cromatina. La cromatina negli organismi eucariotici è suddivisa in una serie di blocchi distinti, chiamati cromosomi. Il DNA viene trasmesso dai genitori alla loro prole, ma parte del tuo DNA è stato trasmesso esclusivamente da tua madre, come vedrai.
La struttura del DNA
Il DNA è composto da nucleotidi e ogni nucleotide include una base azotata, da uno a tre gruppi fosfato (nel DNA ce n'è solo uno) e una molecola di zucchero a cinque atomi di carbonio chiamata desossiribosio. (Lo zucchero corrispondente in RNA è ribosio.)
In natura, il DNA esiste come molecola accoppiata con due filamenti complementari. Questi due filamenti sono uniti in corrispondenza di ogni nucleotide attraverso il centro e la "scala" risultante viene attorcigliata nella forma di un doppia elicao coppia di spirali offset.
Le basi azotate sono disponibili in una delle quattro varietà: adenina (A), citosina (C), guanina (G) e timina (T). L'adenina e la guanina sono in una classe di molecole chiamate purine, che contengono due anelli chimici uniti, mentre la citosina e la timina appartengono alla classe di molecole note come pirimidine, che sono più piccole e contengono solo un anello.
Legame specifico per coppie di basi
È il legame di basi tra nucleotidi in filamenti adiacenti che crea i "pioli" della "scala" del DNA. In questo caso, una purina può legarsi solo con una pirimidina in questa impostazione, ed è ancora più specifica di quella: A si lega a e solo a T, mentre C si lega a e solo a G.
Questo accoppiamento base uno a uno significa che se si conosce la sequenza di nucleotidi (sinonimo di "sequenza di basi" per scopi pratici) per un filamento di DNA, la sequenza di basi nell'altro filamento complementare può essere facilmente determinata.
Il legame tra nucleotidi adiacenti nello stesso filamento di DNA è determinato dalla formazione di legami idrogeno tra lo zucchero di un nucleotide e il gruppo fosfato del successivo.
Dove si trova il DNA?
Negli organismi procariotici, il DNA si trova nel citoplasma della cellula, poiché i procarioti mancano di nuclei. Nelle cellule eucariotiche, il DNA si trova nel nucleo. Qui, è rotto in cromosomi. Gli esseri umani hanno 46 cromosomi distinti con 23 da ciascun genitore.
Questi 23 cromosomi diversi sono tutti distinti sull'aspetto fisico al microscopio, quindi possono essere numerati da 1 a 22 e quindi X o Y per il cromosoma sessuale. I cromosomi corrispondenti di diversi genitori (ad esempio, il cromosoma 11 di tua madre e il cromosoma 11 di tuo padre) sono chiamati cromosomi omologhi.
Si trova anche il DNA nei mitocondri di eucarioti in genere e nei cloroplasti delle cellule vegetali nello specifico. Questo da solo supporta l'idea prevalente che entrambi questi organelli esistessero come batteri indipendenti prima di essere inghiottiti dai primi eucarioti oltre due miliardi di anni fa.
Il fatto che il DNA nei mitocondri e i cloroplasti codifichi per i prodotti proteici il DNA nucleare non presta ancora più credibilità alla teoria.
Poiché il DNA che si diffonde nei mitocondri arriva solo dalla cellula uovo della madre, grazie al modo in cui lo sperma e l'uovo vengono generati e combinati, tutto il DNA mitocondriale passa attraverso la linea materna, o le madri di qualunque organismo il DNA venga esaminato.
Replicazione del DNA
Prima di ogni divisione cellulare, tutto il DNA nel nucleo cellulare deve essere copiato, o replicato, in modo che ogni nuova cella creata nella divisione che verrà a breve possa avere una copia. Poiché il DNA è a doppio filamento, deve essere srotolato prima che la replicazione possa iniziare, in modo che gli enzimi e le altre molecole che partecipano alla replicazione abbiano spazio lungo i filamenti per fare il loro lavoro.
Quando viene copiato un singolo filamento di DNA, il prodotto è in realtà un nuovo filamento complementare al filamento modello (copiato). Ha quindi la stessa sequenza di DNA di base del filo che era legato al modello prima dell'inizio della replica.
Così ogni vecchio filamento di DNA è accoppiato con un nuovo filamento di DNA in ogni nuova molecola replicata a doppio filamento di DNA. Questo è indicato come replica semiconservativa.
Introni ed esoni
Il DNA è composto da intronio sezioni di DNA che non codificano per alcun prodotto proteico e esoni, che sono regioni codificanti che producono prodotti proteici.
Il modo in cui gli esoni trasmettono informazioni sulle proteine è attraverso trascrizione o la creazione di messenger RNA (mRNA) dal DNA.
Quando un filamento di DNA viene trascritto, il filamento risultante di mRNA ha la stessa sequenza di base del complemento di DNA di filamenti di template, fatta eccezione per una differenza: dove la timina si trova nel DNA, uracile (U) si verifica nell'RNA.
Prima che l'mRNA possa essere inviato per essere tradotto in una proteina, gli introni (la porzione non codificante dei geni) devono essere estratti dal filamento. Gli enzimi "congiungono" o "tagliano" gli introni dai fili e attaccano tutti gli esoni insieme per formare il filo di codifica finale dell'mRNA.
Questo si chiama elaborazione post-trascrizionale dell'RNA.
Trascrizione dell'RNA
Durante la trascrizione dell'RNA, l'acido ribonucleico viene creato da un filamento di DNA che è stato separato dal suo partner complementare. Il filamento di DNA così utilizzato è noto come filamento di modello. La stessa trascrizione dipende da una serie di fattori, inclusi gli enzimi (ad es. RNA polimerasi).
La trascrizione si verifica nel nucleo. Quando il filamento di mRNA è completo, lascia il nucleo attraverso l'involucro nucleare fino a quando non si attacca a ribosoma, dove si svolgono la traduzione e la sintesi proteica. Pertanto la trascrizione e la traduzione sono fisicamente separate l'una dall'altra.
Come è stata scoperta la struttura del DNA?
James Watson e Francis Crick sono noti per essere i co-scopritori di uno dei misteri più profondi della biologia molecolare: la struttura e la forma del DNA a doppia elica, la molecola responsabile del codice genetico unico portato da tutti.
Mentre la coppia si è guadagnata il posto nel pantheon di grandi scienziati, il loro lavoro è stato subordinato alle scoperte di una varietà di altri scienziati e ricercatori, sia passati che operanti ai tempi di Watsons e Cricks.
A metà del 20 ° secolo, nel 1950, l'austriaco Erwin Chargaff scoperto che la quantità di adenina nei filamenti di DNA e la quantità di timina presente erano sempre identiche e che una relazione simile si manteneva per citosina e guanina. Pertanto, la quantità di purine presenti (A + G) era uguale alla quantità di pirimidine presenti.
Inoltre, scienziato britannico Rosalind Franklin ha utilizzato la cristallografia a raggi X per ipotizzare che i filamenti di DNA formino complessi contenenti fosfati situati lungo l'esterno del filamento.
Ciò era coerente con un modello a doppia elica, ma Franklin non lo riconosceva poiché nessuno aveva buone ragioni per sospettare questa forma di DNA. Ma nel 1953, Watson e Crick erano riusciti a mettere tutto insieme usando la ricerca di Franklins. Sono stati aiutati dal fatto che la costruzione di modelli di molecole chimiche era di per sé uno sforzo in rapido miglioramento in quel momento