6.01 – DNA
ultima modifica: 31/12/2024
La scoperta del materiale ereditario, ossia la sostanza responsabile della trasmissione delle informazioni genetiche, risale al 1869, quando Friedrich Miescher identificò una nuova sostanza presente nei nuclei delle cellule dei globuli bianchi. Miescher la chiamò “nucleina”, notando che era particolarmente ricca di fosfato. Questa scoperta segnò l’inizio dello studio del DNA, oggi riconosciuto come il materiale genetico fondamentale di tutti gli organismi: vediamone l’evoluzione.
Gli esperimenti di Griffith: il fattore di trasformazione
Un grande passo avanti nella comprensione del ruolo del DNA fu compiuto nel 1928 da Frederick Griffith. Studiando il batterio Streptococcus pneumoniae, che causa la polmonite, Griffith utilizzò due ceppi:
- Il ceppo liscio (S), così chiamato per l’aspetto levigato delle sue colonie, era altamente virulento.
- Il ceppo rugoso (R), che produceva colonie con un aspetto irregolare, era invece avirulento.
Griffith osservò che se le cellule del ceppo S venivano uccise con il calore e poi mescolate con cellule vive del ceppo R, quest’ultime diventavano improvvisamente virulente. Questo fenomeno, chiamato trasformazione genetica, suggeriva che una sostanza delle cellule S morte fosse in grado di trasferire l’informazione genetica alle cellule R, rendendole patogene.
La scoperta del DNA come materiale ereditario: Avery, MacLeod e McCarty
Nel 1944, Oswald Avery, Colin MacLeod e Maclyn McCarty approfondirono gli studi di Griffith per identificare la natura chimica del “fattore di trasformazione”.
- Essi isolarono il materiale genetico dalle cellule S uccise dal calore e lo trattarono con enzimi che degradano specificamente RNA, proteine o DNA.
- Quando il DNA veniva distrutto (con DNasi), la trasformazione delle cellule R non avveniva. Al contrario, la distruzione di RNA o proteine non impediva la trasformazione.
Questi esperimenti dimostrarono con chiarezza che il DNA era il responsabile della trasmissione dell’informazione genetica.
Conferme sperimentali: Hershey e Chase
Nel 1952, Alfred Hershey e Martha Chase condussero un esperimento cruciale usando il batteriofago T2, un virus che infetta i batteri. Marcando radioattivamente il DNA del fago con fosforo-32 (32P) e le sue proteine con zolfo-35 (35S), mostrarono che solo il DNA entrava nei batteri infettati, mentre le proteine rimanevano all’esterno. Questo confermò che il DNA, e non le proteine, era il materiale ereditario.
Le regole di Chargaff
Nel 1950, Erwin Chargaff scoprì importanti regolarità nella composizione chimica del DNA:
- Costanza interna: Il rapporto tra i nucleotidi è costante nelle cellule di uno stesso individuo, indipendentemente dal tessuto o dall’età.
- Variabilità tra specie: Il rapporto tra adenina (A) e guanina (G) varia da una specie all’altra.
- Equimolarità delle basi complementari: La quantità di adenina (A) è uguale a quella di timina (T), e la guanina (G) è uguale alla citosina (C). Quindi, le purine (A e G) e le pirimidine (T e C) sono presenti in quantità totali equivalenti.
La struttura del DNA: la doppia elica
Grazie alle scoperte di Chargaff e ai dati di diffrazione ai raggi X ottenuti da Rosalind Franklin e Maurice Wilkins, James Watson e Francis Crick proposero nel 1953 il celebre modello a doppia elica del DNA:
- La molecola è composta da due catene polinucleotidiche complementari e antiparallele (una orientata 5’→3’, l’altra 3’→5’).
- Le basi azotate si accoppiano tramite legami a idrogeno (A con T, G con C), conferendo stabilità alla struttura.
- L’elica ha un diametro costante e un avvolgimento destrogiro.
Questo modello spiegava come il DNA potesse essere sia stabile sia replicabile, rendendolo il supporto perfetto per l’informazione genetica.
Nel seguito è riportata una rappresentazione che aiuta a comprendere quanto detto.
