Questo articolo esplora le differenze fondamentali tra aminoacidi, proteine e nucleotidi, con un'attenzione particolare al ruolo degli acidi nucleici DNA e RNA nei processi biologici essenziali.
I Nucleotidi: Mattoni degli Acidi Nucleici
I nucleotidi sono i componenti fondamentali degli acidi nucleici, DNA e RNA. Figura: Elementi che costituiscono un generico nucleotide di un acido nucleico. Premessa: i chimici hanno pensato di numerare i carboni che costituiscono le molecole organiche in maniera tale da semplificarne lo studio e la descrizione. Ecco, quindi, che i 5 carboni di un pentoso diventano: carbonio 1, carbonio 2, carbonio 3, carbonio 4 e carbonio 5. Questa annotazione serve per spiegare alcune definizioni di nucleotidi, che affermano: “i nucleotidi sono nucleosidi che hanno uno o più gruppi fosfato legati al carbonio 5”.
Un nucleotide è composto da tre elementi principali:
- Uno zucchero a 5 atomi di carbonio (pentoso).
- Una base azotata.
- Uno o più gruppi fosfato.
Le basi azotate sono molecole di natura organica, che, negli acidi nucleici, rappresentano l'elemento distintivo dei diversi tipi di nucleotidi costituenti. Le basi azotate sono molecole di natura organica, che, negli acidi nucleici, rappresentano l'elemento distintivo dei diversi tipi di nucleotidi costituenti. Adenina e guanina appartengono alla classe di basi azotate, note come purine. La timina, la citosina e l'uracile, invece, appartengono alla classe di basi azotate, conosciute come pirimidine. Le pirimidine sono composti eterociclici aromatici ad anello singolo.
DNA vs RNA: Differenze Strutturali e Funzionali
I nucleotidi del DNA e dell'RNA differiscono tra loro, dal punto di vista strutturale. Nel DNA, il pentoso è il desossiribosio; nell'RNA, invece, è il ribosio. Questo zucchero a 5 atomi di carbonio deve il proprio nome alla mancanza, sul carbonio 2, di atomi di ossigeno. L'acido nucleico RNA condivide con il DNA soltanto 3 basi azotate su 4. Al posto della timina, infatti, presenta la base azotata uracile. DNA e RNA differiscono tra di loro sotto alcuni aspetti. Per esempio, il DNA presenta due catene di nucleotidi antiparallele e ha, come zucchero a 5 atomi di carbonio, il desossiribosio.
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Detto ciò, tornando alla seconda importante differenza esistente tra i nucleotidi del DNA e dell'RNA, questi due acidi nucleici hanno in comune soltanto 3 basi azotate su 4.
Basi Azotate nel DNA
A distinguere le 4 diverse tipologie di desossiribonucleotidi è unicamente la base azotata, legata alla formazione pentoso-gruppo fosfato (che diversamente dalla base azotata non varia mai). Per ovvie ragioni, quindi, le basi azotate del DNA sono 4, nello specifico: l'adenina (A), la guanina (G), la citosina (C) e la timina (T). L'appaiamento tra le basi azotate dei due filamenti è altamente specifico. Questa importante scoperta indusse biologi molecolari e genetisti a coniare i termini di “complementarietà tra basi azotate” e “appaiamenti complementari tra basi azotate”, per indicare l'univocità di legame dell'adenina con la timina e della citosina con la guanina.
Il Ruolo del DNA nella Sintesi Proteica
Qual è il ruolo del DNA nella sintesi proteica? Come avviene la trascrizione dell'informazione genetica dal DNA all'RNA? In che modo i nucleotidi codificano per gli amminoacidi? Dalla sequenza di nucleotidi del DNA dipende l'espressione dei geni. I geni sono segmenti più o meno lunghi di DNA (quindi segmenti di nucleotidi), che contengono le informazioni indispensabili alla sintesi delle proteine. In altre parole la successione delle basi azotate del DNA determina la sequenza amminoacidica di una proteina. La cosa fu presto chiara già a partire dalla seconda metà del secolo scorso. Sul DNA ci sono particolari sequenze nucleotidiche dette promotori che segnalano da dove bisogna partire per sintetizzare RNA.
La Sintesi Proteica: Traduzione dell'Informazione Genetica
Come si svolge il processo di traduzione dell'mRNA in proteine? Quali sono i ruoli dell'RNA ribosomiale e dell'RNA di trasporto nella sintesi proteica? Se infatti un nucleotide codificasse un amminoacido, sarebbero possibili solo quattro amminoacidi.
Di seguito sono riportati i passaggi principali della sintesi proteica:
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- Inizio: L’mRNA si attacca - con una delle su estremità - alla zona più piccola del ribosoma, ponendo in evidenza il primo codone del filamento. A questo codone si lega la prima molecola di t-RNA, in corrispondenza del suo anticodone. A questo punto la sub-unità più piccola del ribosoma, il t-RNA d’inizio e l’mRNA vengono detti complesso di inizio. Avvenuto questo, la sub-unità più grossa del ribosoma si attacca a quella più piccola. Il tRNA d’inizio si attacca a sua volta alla parte più grossa del ribosoma, in una zona particolare, detta P (da “peptide”). A questo punto, il secondo codone dell’mRNA si colloca di fronte ad un’altra zona del ribosoma più grosso, detta A (amminoacile). Un altro tRNA si lega al secondo codone di mRNA (ad esso complementare), occupando la zona A. Si forma il secondo amminoacido, che si lega al primo. Il primo tRNA viene allora liberato. Il ribosoma sposta l’mRNA ed il secondo tRNA, a cui sono attaccati primo e secondo amminoacido, passa dalle posizione A alla P.
Esiste una molecola di tRNA per ciascun amminoacido. Sul tRNA vi è una terza regione che deve fungere da riconoscimento per l’enzima amminoacidil-tRNA-sintetasi.
Acidi Nucleici Artificiali
Tra gli acidi nucleici artificiali meritano una citazione particolare: il TNA, il PNA, l'LNA e il GNA.
Estremità 5' e 3' degli Acidi Nucleici
Dal punto di vista chimico, l'estremità 5' degli acidi nucleici coincide con il gruppo fosfato del primo nucleotide della catena, mentre l'estremità 3' degli acidi nucleici coincide con il gruppo ossidrilico (OH) posto sul carbonio 3 dell'ultimo nucleotide.
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