Acidi Nucleici

Gli acidi nucleici possono essere di due tipi: DNA ed RNA. L’acido deossiribonucleico presiede l’informazione genetica, mentre l’acido ribonucleico presiede diverse strutture che fanno parte della sintesi proteica.
Questi composti sono dei polimeri, i loro monomeri sono rappresentati dai nucleotidi, composti formati da una base azotata eterociclica, da uno zucchero e da acido fosforico. La base azotata e lo zucchero formano assieme la struttura del nucleoside, che legato alla molecola di acido fosforico forma il nucleotide. Gli zuccheri che formano questi composti sono il D-ribosio (RNA) ed il 2-deossi-D-ribosio (DNA), e li abbiamo già visti nei carboidrati. Di questi zuccheri è sempre l’anomero β che entra negli acidi nucleici. Anche le basi azotate le abbiamo già viste, e sono rappresentate dai composti purinici e pirimidinici.

Il legame tra la base azotata e lo zucchero pentoso si forma in maniera diversa a seconda si tratti delle basi puriniche o pirimidiniche.

I nucleotidi sono invece esteri fosfati dei nucleosidi, la loro esterificazione può avvenire in posizione 5′ o 3′, si parla dunque di nucleosidi 5′ monofosfati o 3′ monofosfati. I nucleotidi vengono chiamati con un’abbreviazione a tre lettere in base alla loro composizione: l’adenosina forma l’AMP o il dAMP (è il corrispondente nucleotide presente nel DNA, la “d” sta ad indicare il prefisso “deossi”), la guanosina forma il GMP o il dGMP, la citidina forma il CMP o il dCMP, l’uridina forma l’UMP mentre la timidina forma il dTMP.

I nucleotidi difosfati e trifosfati esistono liberi nel nostro organismo, non sono presenti nelle catene di RNA e DNA, ad esempio dei composti molto importanti di questo tipo sono i difosfati e i trifosfati dell’acido adenosilico. Il legame che si forma tra i vari gruppi fosfato è un legame anidridico, ed è rappresentato con un simbolo particolare perchè è un legame molto energetico, l’idrolisi di questi legami per addizione d’acqua libera molta energia, il ΔGo di questa reazione è molto negativo, molto più del legame estereo. Questo tipo di energia è immagazzinato attraverso le ossidazioni cellulari, in parte sottoforma di ATP in legami altamente energetici e prontamente utilizzabili dal nostro organismo.

Il legame che si forma tra i vari nucleotidi è un legame fosfodiestereo, il gruppo fosfato esterificato a livello del carbonio 5′ forma un legame estereo con l’ossidrile in posizione 3′ con il nucleoside precedente, il gruppo fosfato funge dunque da ponte tra due zuccheri attraverso due legami esterei. Uno scheletro di acido nucleico è dato proprio dalla successione dei gruppi fosfato e degli zuccheri, mentre le basi azotate sporgono lateralmente. Alle due estremità della catena avremo però un gruppo 5′ libero ed un gruppo 3′ libero: la direzione della catena è data dalla direzione in cui avviene la sua sintesi, ovvero parte dall’estremità 5′ del nucleotide che ha libero un gruppo fosfato nella posizione 5′ fino a raggiungere l’estremità 3′ del nucleotide che ha libero un OH in posizione 3′.

La struttura primaria degli acidi nucleici è rappresentata dalla sequenza delle basi azotate che si allungano lungo la catena degli acidi nucleici, mentre la struttura secondaria è presente a livello degli RNA-transfer, non a livello però degli altri tipi di RNA. Anche il DNA ha una struttura secondaria, a doppia elica, proposta nel 1953 da James Watson e Francis Crick, scienziati americani (o inglesi) che vinsero il premio Nobel per la loro scoperta, poi confermata negli anni a seguire. Un altro contributo fondamentale lo diede Chargaff che aveva visto che il DNA di qualunque specie presentava sempre tante adenine quante erano le timine, e la stessa cosa succedeva tra le basi azotate citosina e guanina: queste due coppie sono formate da basi azotate complementari.
Watson e Crick in base agli studi di Chargaff osservarono che la disposizione opportuna delle basi azotate adenina e timina potevano formare 2 legami idrogeno tra loro, sistemandosi a distanza tra loro di 2,9 A. Gli zuccheri invece in questa disposizione sono distanti tra loro 11 A, mentre gli accoppiamenti delle basi azotate citosina e guanina sempre con legami idrogeno (in questo caso 3) portano ad una distanza sempre di 2,9 A tra le basi azotate mentre gli zuccheri distano 10,8 A.

Questi filamenti polinucleotidici di DNA si dispongono antiparallelamente nella struttura della scala a pioli, formando i montanti attraverso la successione degli zuccheri e dei fosfati, mentre i pioli che tengono assieme i due montanti sono formati dalle basi azotate e dai legami idrogeno da loro formati. I due filamenti di DNA che si associano sono così complementari, essi si avvolgono a loro volta a spirale su di un asse immaginario. Il diametro di questa struttura è di 20 A mentre il passo della struttura è di 34 A, con 10 coppie di basi azotate complemetari che si trovano a formare un passo. Gli anelli delle basi azotate sono perpendicolari ai filamenti di zucchero e fosfato.

La sequenza del DNA contiene l’informazione genetica di ogni organismo vivente, ovvero contiene le informazioni sulle proteine che le cellule dell’organismo possono sintetizzare. Ad ogni tripletta di basi azotate corrisponde un amminoacido, che si ripiegherà nella struttura polipeptidica formata secondo specifici meccanismi, in base alla sua funzione. Prima della duplicazione di ogni cellula la doppia elica di DNA si apre e consente la sua duplicazione; il DNA verrà poi diviso tra le due cellule figlie nel momento della loro duplicazione.