Acidi nucleici: struttura

Gli acidi nucleici sono un’importante classe di macromolecole presenti in tutte le cellule e nei virus che hanno la funzione di immagazzinare e trasportare l’espressione dell’informazione genetica.
Gli acidi nucleici sono biopolimeri essenziali per tutte le forme di vita. Sono macromolecole costituite da unità chiamate nucleotidi presenti in natura come acido desossiribonucleico (DNA) e acido ribonucleico ( RNA) che svolgono ruoli essenziali in tutte le cellule e nei virus. Una delle principali funzioni degli acidi nucleici riguarda l’immagazzinamento e l’espressione delle informazioni genomiche.

Furono scoperti nel 1868, quando il ventiquattrenne medico svizzero Friedrich Miescher isolò un nuovo composto dai nuclei dei globuli bianchi. La struttura, la funzione e le reazioni degli acidi nucleici sono fondamentali nell’ambito della biologia molecolare e sono cruciali per la comprensione dei complessi processi biologici coinvolti.

Struttura degli acidi nucleici

Un nucleotide è formato da tre parti unite da legami. Le tre parti sono un gruppo fosfato, uno zucchero a 5 atomi di carbonio e una base azotata.

Gruppo fosfato

Il gruppo fosfato è costituito da un atomo di fosforo a cui sono attaccati quattro atomi di ossigeno carichi negativamente.

Zucchero

Lo zucchero a 5 atomi di carbonio include ribosio e desossiribosio. Sia il ribosio che il desossiribosio hanno cinque atomi di carbonio e un atomo di ossigeno. Attaccati agli atomi di carbonio ci sono atomi di idrogeno e gruppi ossidrilici. Nel ribosio, ci sono gruppi ossidrilici attaccati al secondo e al terzo atomo di carbonio. Nel desossiribosio, c’è un gruppo ossidrile attaccato al terzo atomo di carbonio, ma solo un atomo di idrogeno è attaccato al secondo atomo di carbonio.

Base azotata

L’azoto funge da base secondo  Brønsted-Lowry a causa del suo doppietto elettronico solitario. Può legarsi a molecole di carbonio, idrogeno e ossigeno per creare strutture ad anello.

Le strutture ad anello sono disponibili in anelli singoli (pirimidine) e doppi anelli (purine). Le pirimidine includono timina, citosina e uracile. Le purine includono adenina e guanina. Le purine sono più grandi delle pirimidine e le loro differenze di dimensioni aiutano a determinare i loro accoppiamenti nei filamenti di DNA. Tale accoppiamento tra basi azotate è detto complementarietà delle basi

DNA e RNA

Nei nucleotidi che costituiscono il DNA, lo zucchero è sempre il desossiribosio, mentre la base azotata è una delle seguenti: adenina, citosina, guanina e timina che spesso per semplicità vengono indicate con l’iniziale maiuscola del loro nome: A, C, G, T. Pertanto il DNA è composto da quattro tipi di nucleotidi, che differiscono unicamente per la base azotata. Due delle basi azotate, la citosina e la timina sono pirimidiniche, mentre le altre due, l’adenina e la guanina sono basi puriniche.

Il DNA è un polimero costituito da unità monomeriche chiamate nucleotidi, un nucleotide comprende uno zucchero a 5 atomi di carbonio, il desossiribosio, una base azotata e uno o più gruppi fosfato. I mattoni per la sintesi del DNA contengono tre gruppi fosfato, due vengono persi durante questo processo, quindi il filamento di DNA contiene un gruppo fosfato per nucleotide.

Nei nucleotidi che costituiscono l’RNA lo zucchero è sempre il ribosio, mentre le basi azotate sono le stesse del DNA, fatta eccezione per la timina che è sostituita dall’uracile, anch’essa base pirimidinica. Pertanto, anche l’RNA è composto da quattro tipi di nucleotidi, che differiscono unicamente per la base azotata.

Dalla scoperta della struttura a doppia elica del DNA e dalla postulazione del dogma centrale della biologia molecolare, secondo cui il flusso delle informazioni genetiche va dal DNA all’RNA alle proteine, il campo della chimica degli acidi nucleici si è espanso notevolmente.

Gli acidi nucleici sono diventati importanti marcatori diagnostici per molte malattie, grazie alle innovazioni nelle tecnologie di sintesi e sequenziamento del DNA.

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