Strutture del DNA

Cominciamo ora a vedere più da vicino la struttura del DNA e poi i processi che permettono di trasmettere, mantenere e modificare questa molecola da una generazione all’altra.

Cercheremo cioè di rispondere alle seguenti domande sulla molecola di DNA:- Come può la struttura determinare la funzione?- Come può essere contenuta nel nucleo, date le sue dimensioni estremamente lunghe?- Come viene replicata in modo così accurato durante il ciclo cellulare?- Come viene protetta e riparata da danneggiamenti spontanei o ambientali?- Come si scambiano le sequenze fra cromosomi nei processi di ricombinazione?

Oggi sappiamo che la molecola di DNA è sottoposta sia a processi di conservazione (riparo del danno) che di cambiamento (evoluzione), oltre che a forze che tendono a:- separarne i filamenti,- contorcerla in strutture topologiche ben definite- avvolgerla attorno a proteine che generano strutture specifiche, o che rompono e richiudono la doppia elica.

Tutte queste operazioni sono mediate da enzimi e apparati molecolari specifici, che permettono la propagazione, il mantenimento e la modificazione del materiale genetico.

Cominciamo col vedere la struttura del DNA a livello atomico, la chimica delle basi, l’interazione fra le coppie di basi che tengono uniti i due filamenti, le costrizioni topologiche cui è sottoposto il DNA, gli effetti biologici di tali costrizioni e gli enzimi che le modificano.

Le varie forme del DNA

Confronto fra le forme A, B e Z

Forma A Forma B Forma Z

Senso dell’elica Destrorsa Destrorsa Sinistrorsa

Diametro 26 Å 20 Å 18 Å

Coppie basi/giro 11 10.5 12

Distanza fra le basi 2.6 Å 3.4 Å 3.7 Å

Piegamento basi rispetto 20° 6° 7°alla normale all’asse

Conformazione zucchero C3’-endo C2’-endo C2’-endo (Py)C3’-endo (Pu)

Conformazione legame Anti Anti Anti (Py)N-glicosidico Syn (Pu)

Strutture dell’RNA

Topologia del DNA

Il DNA è una molecola flessibile, la cui struttura (e dinamica) dipende molto dalla forza ionica e dalla natura delle proteine con cui interagisce.Se la molecola è lineare e con terminali non vincolati, il numero di avvolgimenti di un filamento attorno all’altro può variare per rotazione reciproca.

Se però la molecola è circolare chiusa, o le estremità sono vincolate, es. da interazioni con proteine, il numero di giri di un filamento attorno all’altro non può variare, ossia ha una topologia ben definita.

Nonostante ciò, i due filamenti devono essere separati in molti processi, come replicazione e trascrizione.

Capire la topologia del DNA e come la cellula possa modificarla a proprio vantaggio è di fondamentale importanza in biologia molecolare.