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.
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.
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 1o, 2o, 3o, 4oe 5o. Lo zucchero pentosio inel RNA è il riboso, il che significa che il 2o carbonio trasporta un gruppo di idrossili. Lo zucchero nel DNA è il deossiribosio, il che significa che il 2o carbonio è attaccato ad un atomo di idrogeno. Lo zucchero è attaccato alla base di azoto al 1o carbonio e la molecola di fosfato al 5o carbonio.
La molecola fosfato attaccata al 5o carbonio di un nucleotide può formare un legame covalente con il gruppo 3oxil 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 5o di un nucleotide all’estremità 3o 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 3o, lo zucchero ha un gruppo gratuito di 3 ossidi.o All’altra estremità, l’estremità 5o, lo zucchero ha un gruppo gratuito di 5fofosfati.
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.
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 5o di un filo è vicino alla fine 3o 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.