Gli acidi nucleici (DNA e RNA)

Chiariamo innanzitutto il loro nome

Perché si chiamano acidi?

Perché evidentemente al loro interno sono presenti dei gruppi funzionali con proprietà acide.

Perché nucleici? Perché sono stati isolati per la prima volta nel nucleo.

Ciò non significa però che si trovano sempre e solo all'interno del nucleo per due motivi:

1) perché non tutti gli organismi sono formati da cellule contenenti un nucleo. I procarioti infatti il nucleo non ce l'hanno pur possedendo materiale genetico formato da DNA

2) perché anche negli organismi formati da cellule con un nucleo (eucarioti) l'RNA, una volta prodotto, svolgerà la sua funzione  nel citoplasma

Come già esplicitato nella tabella riassuntiva dei composti principali degli organismi viventi, gli acidi nucleici sono polimeri formati da monomeri che si chiamano nucleotidi.

Ora andiamo a vedere come è formato un singolo nucleotide:

E' formato  da tre molecole legate tra loro che sono:

1) uno zucchero con 5 atomi di carbonio (ribosio nell'RNA, deossiribosio nel DNA) (1)

L'unica differenza tra i due zuccheri è il gruppo ossidrilico legato al carbonio in posizione 2' che, nel deossiribosio  è ridotto nel senso che è sostituito da un atomo di idrogeno.

2) una molecola di acido fosforico (H3PO4) - chiamato spesso fosfato per indicare che, in ambiente acquoso come quello esistente negli organismi viventi,  esiste in  forma dissociata

3) una base azotata cioè una molecola con caratteristiche basiche contenente azoto

Le basi possono essere puriniche (Adenina e Guanina) e pirimidiniche (Citosina, Timina nel DNA e Citosina e Uracile nell'RNA)

Le basi puriniche e pirimidiniche sono derivate rispettivamente  dalla purina e dalla pirimidina che hanno le seguenti formule (2)

In realtà la purina è formata da due anelli condensati, uno esagonale che è la pirimidina, il secondo  pentagonale chiamato imidazolo.

Chiaramente rispetto a queste molecole di base avremo ogni volta delle varianti nel senso che abbiamo  dei gruppi funzionali che variano a seconda della base.

Nella seguente figura osserviamo l'adenina che è l'unica base di cui quest'anno impareremo la formula (3)

Si noti che, rispetto alla formula del libro di testo, è rigirata.

Si fa notare l'errore  di stampa del testo quando afferma che un nucleotide è formato da una base azotata che contiene 4 atomi di azoto, affermazione corretta per le basi puriniche ma non per quelle pirimidiniche.

Torniamo alla formula dell'adenina. Questa molecola ha caratteristiche basiche nonostante non contenga nessun gruppo OH─ da liberare. Quindi la molecola ha caratteristiche basiche in base alla definizione di Bronsted-Lowry che invito a ripassare. Stesso discorso vale anche per le altre basi azotate degli acidi nucleici.

Ora vediamo come le tre molecole sono legate tra di loro:

Lo zucchero lega:

1)  con il gruppo ossidrilico del carbonio in posizione 5' una molecola di acido fosforico (con un legame estere)

2) con il gruppo ossidrilico del carbonio in posizione 1' lega la base azotata (legame glicosidico), esattamente con l'azoto in posizione 9 se il legame è con una base purinica ed in posizione 1 se la base è pirimidina. (4)

Ma come sono legati i nucleotidi tra di loro?

Si forma una scheletro formato dall'alternarsi di uno zucchero e di un acido fosforico su cui si inseriscono le basi. Si parla di uno scheletro zucchero fosfodiesterico (cioè due legami estere)

In particolare lo zucchero lega un gruppo fosfato come già descritto in precedenza, cioè con il carbonio in posizione 5' ed un altro gruppo, sempre fosfato, con il gruppo ossidrilico del carbonio in posizione 3'. Entrambi sono legami estere  (5)

La sequenza viene spesso semplificata sostituendo al gruppo fosfato il simbolo P. Anche le basi spesso vengono scritte in modo semplificato. A volte semplicemente come C,G,T,A,U cioè le lettere maiuscole delle loro iniziali.

Si noti inoltre che la catena ha una sua polarità. Quella che termina con il gruppo fosfato è chiamata estremità 5'.

Quella che termina con il gruppo ossidrilico in posizione 3' libero (e quindi con uno zucchero) è chiamata estremità 5'.

Ma dove è scritto il codice genetico?

Non è possibile che sia scritto nello scheletro formato dall'alternarsi di zucchero ed acido fosforico. Se così fosse  gli organismi avrebbero tutti lo stesso codice e sarebbero tutti uguali. Per forza di cose allora deve essere scritto nelle basi e non nelle singole  basi ma nelle loro sequenze.

Per convenzione, quando deve essere indicata una sequenza di basi che corrisponde ad una certa proteina (cioè un gene) si scrive tale sequenza in direzione 5'---˃  3'

N:B: Il DNA contiene in codice tutte le informazioni per la sintesi delle proteine.

C'è una corrispondenza tra le sequenze del DNA e quelle delle proteine nel senso che tre basi (tripletta) corrispondono ad un singolo amminoacido.

C'è una domanda cui però dobbiamo rispondere (chi ci arriva sarà premiato/a):

Visto che gli organismi viventi sono fatti non solo da proteine ma anche da carboidrati, lipidi, glicolipidi ecc. come fa il DNA a controllare la sintesi di tutte le altre molecole?