2.7: Cosa sono gli acidi nucleici?

Panoramica

Gli acidi nucleici sono lunghe catene di nucleotidi collegati tra loro da legami di fosforo. Ci sono due tipi di acidi nucleici: acido deossiribonucleico, o DNA, e acido ribonucleico, o RNA. I nucleotidi nel DNA e nell'RNA sono costituiti da uno zucchero, una base di azoto e una molecola di fosfato.

Gli acidi nucleici sono il materiale genetico della cellula

Il materiale ereditario di una cellula è costituito da acidi nucleici, che consentono agli organismi viventi di trasmettere informazioni genetiche da una generazione all'altra. Esistono due tipi di acidi nucleici: l'acido deossiribonucleico (DNA) e l'acido ribonucleico (RNA). IL DNA e l'RNA differiscono solo leggermente nella loro composizione chimica, ma svolgono ruoli biologici completamente diversi.

Gli acidi nucleici sono polimeri di Nucleotidi

Chimicamente, gli acidi nucleici sono polinucleotidi, catene di nucleotidi. Un nucleotide è composto da tre componenti: uno zucchero pentosio, una base di azoto e un gruppo di fosfati. Lo zucchero e la base insieme formano un nucleoside. Quindi, un nucleotide è a volte indicato come un monofosfato nucleoside. Ognuno dei tre componenti di un nucleotide svolge un ruolo chiave nell'assemblaggio complessivo degli acidi nucleici.

Come suggerisce il nome, uno zucchero pentosio ha cinque atomi di carbonio, che sono etichettati 1^o, 2^o, 3^o, 4^oe 5^o. Lo zucchero pentosio inel RNA è il riboso, il che significa che il 2^{o carbonio} trasporta un gruppo di idrossili. Lo zucchero nel DNA è il deossiribosio, il che significa che il 2^o carbonio è attaccato ad un atomo di idrogeno. Lo zucchero è attaccato alla base di azoto al 1^o carbonio e la molecola di fosfato al 5^o carbonio.

I nucleotidi sono collegati tra loro da legami fosfodiesterici

La molecola fosfato attaccata al 5^o carbonio di un nucleotide può formare un legame covalente con il gruppo 3^oxil di un altro nucleotide, collegando i due nucleotidi insieme. Questo legame covalente è chiamato legame fosfodiesterico. Il legame fosfodiesterico tra i nucleotidi crea una spina dorsale alternante di zucchero e fosfato in una catena polinucleotide. Collegare l'estremità 5^o di un nucleotide all'estremità 3^o di un altro impartisce la direzionalità alla catena dei polinucleotidi, che svolge un ruolo chiave nella replicazione del DNA e nella sintesi dell'RNA. Ad un'estremità della catena del polinucleotide, chiamata estremità 3^o, lo zucchero ha un gruppo gratuito di 3 ossidi.^o All'altra estremità, l'estremità 5^o, lo zucchero ha un gruppo gratuito di 5^fofosfati.

Pirimidine e purine sono le due principali classi di basi di azoto

Le basi di azoto sono molecole contenenti uno o due anelli costituiti da atomi di carbonio e azoto. Queste molecole sono chiamate "basi" perché sono chimicamente basiche e possono legarsi agli ioni di idrogeno. Ci sono due classi di basi di azoto: pirimidine e purine. Le pirimidine hanno una struttura ad anello a sei membri, mentre le purine sono costituite da un anello a sei membri fuso in un anello a cinque membri. Le pirimidine includono citosina (C), timina (T) e uracile (U). Le purine includono adenina (A) e guanina (G).

La citosina, l'adenina e la guanina sono presenti sia nel DNA che nell'RNA. Tuttavia, la timina è specifica per il DNA, e l'uracile si trova solo nell'RNA. Le purine e i pirimidine possono formare legami di idrogeno tra loro in un particolare modello, basato sulla presenza di gruppi chimici complementari che sono analoghi a pezzi di un puzzle. In condizioni cellulari normali, l'adenina forma legami di idrogeno con timina (nel DNA) o uracile (in RNA), mentre la guanina forma legami di idrogeno con la citosina. Questo abbinamento di basi complementare è fondamentale per la struttura e la funzione del DNA.

Struttura del DNA e dell'RNA

Il DNA adotta una struttura a doppia elica all'interno della cellula. Una doppia elica è composta da due catene polinucleotidiche, chiamate fili, che si snodano l'una intorno all'altra in modo elicoidale (cioè spirale). I due fili sono in orientamenti opposti, o sono "antiparalleli" tra loro, il che significa che l'estremità 5^o di un filo è vicino alla fine 3^o fine di un altro. I due fili sono tenuti insieme attraverso l'abbinamento di basi complementari (ad esempio, citosina con guanina).

In una doppia elica del DNA, la spina dorsale del fosfato di zucchero è presente all'esterno, mentre le basi legate all'idrogeno sono all'interno. L'RNA si verifica principalmente come una molecola a filamento singolo. Il singolo filamento di RNA può formare strutture secondarie localizzate attraverso l'accoppiamento di base complementare intrafilato. Diversi tipi di strutture secondarie dell'RNA hanno funzioni distinte all'interno della cellula.

- Gli acidi nucleici sono polimeri dei nucleotidi.

Monomeri composti da zuccheri pentosi,

un gruppo di fosfati e una base azotata.

All'interno della molecola di zucchero, i cinque carboni

sono numerati da uno a cinque.

In ogni notazione, viene rivelato

che gruppo si lega a che numero.

Per esempio, il secondo carbonio può legarsi

a un atomo di idrogeno per creare un monosaccaride,

il deossiribosio, come nell'acido deossiribonucleico, o DNA.

In quello spazio può anche nascere un gruppo ossidrilico,

che forma uno zucchero riboso (acido ribonucleico o RNA).

Per formare lo scheletro di zucchero e fosfato alternato,

il quinto carbonio deve legarsi a un gruppo fosfato.

Questo si lega al terzo carbonio del nucleotide successivo,

creando una catena a legame fosfodierico.

Questa disposizione decide la direzione,

la sequenza in cui gli acidi nucleici vengono letti.

Dal quinto al terzo su una sola fila.

Il carbonio meno importante, il primo, si lega

a una base azotata,

con una di due possibili strutture ad anello.

Le piramidine, come la citosina, la timina e l'uracile,

hanno un singolo anello organico,

mentre le purine, le adenine e le guanine

hanno due anelli.

I legami a idrogeno tra le basi azotate di due file

separate creano la doppia elica del DNA.

La guanina si lega sempre alla citosina,

l'adenina sempre alla timina.

L'RNA contiene uracile al posto della timina

ed è quindi composto da una sola fila.