1.05 – Acidi nucleici

1.05 – Acidi nucleici

Ultima modifica: 02/07/2023

Gli acidi nucleici sono polimeri di nucleotidi, cioè sono macromolecole costituite dalla ripetizione di nucleotidi, i quali sono formati da uno un gruppo fosfato e un nucleoside (zucchero pentoso + base azotata). Adenosina, guanosina, timidina, citidina e uridina sono i nomi dei nucleosidi contenenti, rispettivamente, la adenina, la guanina, la timina, la citosina e l’uracile. Le basi sono legate agli zuccheri mediante un legame N-glicosidico in posizione 1’. Quando i gruppi fosfato nel nucleotide sono più di uno (difosfato e trifosfato) essi sono legati tra loro mediante un legame anidrico. Gli acidi nucleici sono polimeri specializzati nel custodire, trasmettere e utilizzare l’informazione genetica. Ne esistono due tipi e si trovano nel nucleo della cellula

1. il DNA, acido desossiribonucleico, che contiene l’informazione genetica;
2. l’RNA, acido ribonucleico, che usa il messaggio genetico per dirigere correttamente la sintesi proteica.

Nell’uomo, il DNA serve a immagazzinare e trasmettere alla progenie l’informazione genetica. L’RNA serve a rendere disponibile l’informazione per la sintesi delle proteine o svolge ruoli di regolazione

Un nucleotide o nucleoside = sono uniti con i legami covalenti con direzione 5’ – 3’ ed è costituito da uno zucchero pentoso (DNA: 2-desossiribosio e per RNA: ribosio), da gruppo fosfato e da una base azotata

Sono 5 basi azotate:

Adenina -> sono nel DNA e nel RNA; si appaia solo con la timina formando 2 legami a idrogeno (A-T)

Guanina -> sono nel DNA e nel RNA; si appaia solo con la citosina formando 3 legami a idrogeno (G-C)

Timina -> sono solo nel DNA

Citosina -> sono nel DNA e nel RNA

Uracile -> è la sostituta della timina nel RNA quindi nel RNA apposto della timina ho l’uracile

L’RNA e il DNA sono formati da catene di nucleotidi 5′-monofosfati, legati tra di loro da un legame 5′- 3′ fosfodiesterico

Importanti per ereditarietà e sintesi proteica

Il DNA:

Il DNA è un eteropolimero composto da due filamenti appaiati che formano una struttura a doppia elica. La sua scoperta e la descrizione della sua struttura vennero effettuate nel 1953 grazie agli studi condotti da James Watson, Francis Crick, Rosalind Franklin e Maurice Wilkins. Questa scoperta rivoluzionaria aprì la strada alla comprensione dell’ereditarietà e della trasmissione dell’informazione genetica.

La struttura a doppia elica del DNA è costituita da due filamenti di nucleotidi che si avvolgono l’uno attorno all’altro. Ogni filamento è composto da una catena di nucleotidi, e ogni nucleotide è formato da tre componenti: un gruppo fosfato, uno zucchero (deossiribosio) e una base azotata. Le quattro basi azotate che costituiscono il DNA sono adenina (A), timina (T), guanina (G) e citosina (C).

La disposizione antiparallela dei filamenti del DNA significa che i filamenti si estendono in direzioni opposte lungo l’asse della doppia elica. In termini di orientamento dei nucleotidi, un filamento si estende nella direzione 5′ → 3′, mentre l’altro filamento è orientato nella direzione 3′ → 5′. Questo significa che i nucleotidi lungo un filamento sono disposti in ordine sequenziale da un capo a un estremo opposto, mentre sul filamento complementare la sequenza è invertita.

La complementarità delle basi azotate è fondamentale per la struttura e la funzione del DNA. Le basi A si appaiano sempre con le basi T tramite legami a idrogeno, mentre le basi G si appaiano sempre con le basi C. Questa complementarità delle basi azotate consente di mantenere la stabilità della doppia elica del DNA e di garantire che l’informazione genetica venga correttamente trasmessa durante la replicazione e la trascrizione del DNA.

L’elica destrorsa del DNA indica che i filamenti si avvolgono in senso orario attorno all’asse centrale. Questo avvolgimento conferisce al DNA una forma a spirale e contribuisce alla sua compattazione all’interno del nucleo delle cellule. La compattazione del DNA è essenziale per l’organizzazione del materiale genetico all’interno del nucleo e per la regolazione dell’accesso all’informazione genetica da parte delle proteine coinvolte nei processi cellulari.

Il DNA svolge molte importanti funzioni all’interno delle cellule. Oltre alla conservazione e alla trasmissione dell’informazione genetica, il DNA è coinvolto nella sintesi delle proteine. Le istruzioni per la sintesi proteica sono codificate nella sequenza dei nucleotidi del DNA, e durante il processo di trascrizione, queste istruzioni vengono copiate in una molecola di RNA messaggero (mRNA). Successivamente, l’mRNA viene tradotto in proteine nel processo di traduzione.

Durante la replicazione del DNA, la doppia elica si separa e i due filamenti servono come stampo per la formazione di nuovi filamenti complementari. In questo modo, l’informazione genetica viene duplicata e trasmessa alle cellule figlie durante la divisione cellulare.

L’RNA

L’RNA, acronimo di acido ribonucleico, è una molecola polimerica che svolge un ruolo fondamentale nella sintesi delle proteine e nella regolazione dell’espressione genica. A differenza del DNA, che è costituito da una doppia elica, l’RNA è generalmente presente come filamento singolo. Tuttavia, alcune molecole di RNA possono piegarsi su sé stesse e formare strutture tridimensionali complesse.

Esistono diversi tipi di RNA che svolgono funzioni specifiche all’interno della cellula. L’mRNA (RNA messaggero) è una copia del DNA che porta le istruzioni per la sintesi delle proteine. Durante il processo di trascrizione del DNA, l’RNA polimerasi legge il DNA e produce una molecola di mRNA complementare. Questo mRNA viene elaborato e maturato, eliminando gli introni e unendo gli esoni. L’mRNA maturo viene quindi tradotto dai ribosomi nel citoplasma, dove la sequenza degli amminoacidi determina la formazione della catena proteica:

1. RNA messaggero (mRNA):

• L’mRNA è una copia del DNA che porta le istruzioni genetiche per la sintesi delle proteine.
• Durante il processo di trascrizione, l’RNA polimerasi legge il DNA e sintetizza una molecola di mRNA complementare alla sequenza del gene.
• L’mRNA maturo viene modificato ed elaborato nel nucleo, che include l’aggiunta di una coda di poli-A e la rimozione degli introni.
• La sequenza dell’mRNA è composta da una serie di codoni, ciascuno dei quali corrisponde a un’amminoacido specifico durante la traduzione.
• L’mRNA viene tradotto dai ribosomi nel citoplasma, dove la sequenza degli amminoacidi determina la formazione della catena proteica.

2. RNA ribosomiale (rRNA):

• L’rRNA è un componente strutturale dei ribosomi, i complessi cellulari responsabili della sintesi proteica.
• Esistono diverse varianti di rRNA che si trovano nelle subunità dei ribosomi, come il 28S, 18S e 5.8S rRNA negli organismi eucariotici.
• L’rRNA catalizza la formazione dei legami peptidici tra gli amminoacidi durante la traduzione dell’mRNA e aiuta a stabilizzare la struttura tridimensionale dei ribosomi.

3. RNA transfer (tRNA):

• Il tRNA è coinvolto nel trasporto degli amminoacidi ai ribosomi durante la sintesi proteica.
• Esistono numerosi tipi di tRNA, ciascuno specifico per un amminoacido particolare.
• Il tRNA possiede una struttura caratteristica a trifoglio, con una regione anticondensata detta “braccio accettore” dove l’amminoacido specifico si lega.
• Nella regione opposta, chiamata “anticodone”, il tRNA ha una sequenza complementare al codone dell’mRNA, permettendo il riconoscimento corretto durante la traduzione.

4. RNA interferente (RNAi):

• L’RNAi è coinvolto nella regolazione dell’espressione genica e nella difesa antivirale.
• L’RNAi può essere endogeno (prodotto dalle cellule stesse) o introdotto sperimentalmente per sopprimere specifici geni.
• L’RNAi agisce associandosi a proteine e formando un complesso ribonucleoproteico chiamato RISC (RNA-Induced Silencing Complex).
• Il complesso RISC riconosce e degrada l’mRNA complementare o inibisce la sua traduzione, limitando così la produzione di proteine specifiche.

5. RNA interferente (siRNA):

• simile all’RNA interferente (RNAi), l’RNA interferente piccolo (siRNA) è una molecola di RNA a doppio filamento che agisce come un regolatore dell’espressione genica.
• I siRNA viene introdotto nella cellula o viene prodotto internamente ed è in grado di “silenziare” specifici geni, bloccando la loro trascrizione o degradando gli mRNA corrispondenti. Questa tecnologia viene utilizzata ampiamente nella ricerca e nello sviluppo di terapie genetiche.

6. RNA antisenso (asRNA):

• l’RNA antisenso è una molecola di RNA che si lega complementare a un mRNA specifico, interferendo con la sua traduzione o degradandolo. L’asRNA può essere prodotto artificialmente o può essere presente naturalmente nella cellula. È utilizzato per regolare selettivamente l’espressione di specifici geni e può essere coinvolto nella difesa immunitaria delle cellule.

7. RNA long non-coding (lncRNA):

• gli lncRNA sono una classe di RNA che non codificano proteine, ma svolgono una varietà di ruoli regolatori nell’espressione genica. Gli lncRNA sono più lunghi rispetto agli altri tipi di RNA e possono interagire con DNA, RNA e proteine per influenzare la trascrizione genica, la splicing degli mRNA e altri processi cellulari.
• La loro funzione specifica è ancora oggetto di studio attivo, ma si ritiene che abbiano un impatto significativo sulla regolazione dell’espressione genica.

8. RNA di piccole dimensioni:

• oltre all’RNA interferente piccolo (siRNA), esistono altre classi di RNA di piccole dimensioni che svolgono ruoli regolatori nell’espressione genica. Queste includono i microRNA (miRNA), che sono molecole di RNA a singolo filamento che regolano l’espressione genica tramite l’associazione con mRNA specifici, e i piRNA (piwi-interacting RNA), che sono coinvolti nella regolazione dei transposoni e nella difesa genica.

Esercizio 2