Replicazione del DNA

Sai come si duplica il tuo codice genetico? Il DNA usa un sistema geniale chiamato replicazione semiconservativa. Questo significa che ogni nuova molecola di DNA è formata da un filamento originale e uno completamente nuovo - una strategia perfetta per mantenere l'informazione intatta!

Il processo inizia nelle origini di replicazione, zone ricche di adenina e timina che si aprono facilmente (solo due legami idrogeno le tengono unite). Qui si forma la bolla di replicazione con le caratteristiche forcelle di replicazione alle estremità.

Diversi enzimi lavorano in squadra: la topoisomerasi despiralizza l'elica, l'elicasi separa i filamenti, e le proteine SSB impediscono che si richiudano. La DNA polimerasi costruisce i nuovi filamenti, ma ha bisogno del primer (creato dalla primasi) per iniziare.

Ricorda: La DNA polimerasi lavora solo in direzione 5'→3', creando il filamento veloce (continuo) e quello lento (a frammenti di Okazaki)!

Il Dogma Centrale e la Trascrizione

Il dogma centrale della biologia è semplice: DNA → RNA → Proteine. È un flusso unidirezionale di informazioni che governa la vita! Ma come passa l'informazione dal nucleo (dove sta il DNA) al citoplasma (dove si fanno le proteine)?

La risposta è l'ipotesi del messaggero: si forma una molecola di RNA complementare che esce dal nucleo. Questo processo si chiama trascrizione. L'ipotesi dell'adattatore spiega come l'RNA transfer traduce il linguaggio genetico in proteine.

La trascrizione inizia nei promotori, zone specifiche con le TATA box (ricche di adenina e timina). I fattori di trascrizione si legano qui insieme alla RNA polimerasi, formando il complesso di inizio trascrizione.

Nota bene: La trascrizione funziona sempre sul principio dell'appaiamento delle basi - è la chiave per copiare correttamente l'informazione!

Struttura degli Acidi Nucleici

Gli acidi nucleici sono i mattoni della vita! DNA e RNA sono polimeri di nucleotidi, ognuno formato da tre componenti: un monosaccaride (desossiribosio nel DNA, ribosio nell'RNA), un gruppo fosfato e una base azotata.

Le basi azotate si dividono in due famiglie: pirimidine $un anello - citosina, timina, uracile$ e purine $due anelli - adenina, guanina$. La sintesi avviene in due step: zucchero + base = nucleoside, poi nucleoside + fosfato = nucleotide.

I nucleotidi si uniscono tramite legami fosfodiesterici formando lunghe catene. Il DNA forma un doppio filamento, l'RNA un singolo filamento. Ogni catena ha un'estremità 5' (con fosfato libero) e una 3' $con gruppo -OH libero$.

Trucco per ricordare: La nomenclatura usa 3 lettere - base azotata + numero gruppi fosfato + P $es. AMP = adenina monofosfato$!

Replicazione Discontinua e PCR

Il filamento lento (orientato 5'→3') viene sintetizzato a pezzetti chiamati frammenti di Okazaki. La DNA polimerasi lavora "a ritroso", creando tanti piccoli segmenti che poi vengono uniti. Servono quindi molteplici primer per questo filamento!

Alla fine, l'esonucleasi rimuove tutti i primer di RNA, un'altra DNA polimerasi riempie i buchi e la DNA ligasi sigilla tutto insieme. È come un puzzle genetico che si ricompone perfettamente!

La PCR (Polymerase Chain Reaction) replica il DNA in laboratorio. Serve DNA campione, primer sintetici, nucleotidi liberi, DNA polimerasi termostabile (dal batterio Thermus aquaticus) e sali di magnesio.

Il ciclo PCR ha tre fasi: denaturazione (90°C separa i filamenti), rinaturazione (i primer si attaccano) e allungamento (sintesi nuovi filamenti). Ogni ciclo raddoppia il DNA - dopo n cicli hai 2^n copie!

Applicazione pratica: La PCR è usata in medicina legale, diagnosi mediche e ricerca - puoi amplificare anche una singola cellula!

Struttura del DNA

Il DNA ha una struttura incredibile scoperta nel 1953 da Franklin, Watson e Crick! È una doppia elica destrogira che assomiglia a una scala a chiocciola. I "montanti" sono lo scheletro zucchero-fosfato, i "pioli" sono le basi azotate appaiate.

Le regole di Chargaff rivelano che A=T e G=C in quantità, mentre A+G = T+C. I due filamenti sono antiparalleli (vanno in direzioni opposte: 3'→5' e 5'→3') e complementari grazie all'appaiamento specifico delle basi.

I legami idrogeno stabilizzano la struttura: A-T forma 2 legami, G-C ne forma 3 $ecco perché le zone ricche di G-C sono più stabili!$. La distanza tra le basi è 0,34 nm, un giro completo dell'elica misura 3,4 nm.

La doppia elica crea due solchi: il solco maggiore (2,2 nm) e il solco minore (1,2 nm), importanti per l'interazione con le proteine.

Visualizza così: Immagina una scala a pioli attorcigliata - ecco il DNA! Le "ringhiere" esterne sono stabili, i "gradini" interni si aprono per la replicazione.

Fasi della Trascrizione

Nell'allungamento, la RNA polimerasi scorre sul DNA aggiungendo nucleotidi uno alla volta (direzione 5'→3'), sostituendo la timina con l'uracile. Quando il mRNA raggiunge 20 nucleotidi, inizia il capping all'estremità 5'.

La terminazione avviene quando la RNA polimerasi incontra i terminatori - sequenze speciali che fermano il processo. L'RNA viene rilasciato e i fattori si staccano dal DNA.

La maturazione trasforma l'RNA grezzo in mRNA maturo attraverso tre modifiche: il capping (cappuccio metilato in 5'), la poliadenilazione $coda poli-A in 3' per stabilità$ e lo splicing.

Un caso speciale è la trascrittasi inversa dei retrovirus (come HIV), che fa l'opposto: da RNA a DNA. Questi virus "piratano" le nostre cellule inserendo il loro codice genetico nei nostri cromosomi!

Curiosità: Il capping e la coda poli-A proteggono il mRNA dalla degradazione - sono come un "giubbotto antiproiettile" molecolare!

Struttura dell'RNA

L'RNA è diverso dal DNA! Contiene ribosio invece di desossiribosio e uracile invece di timina. Le basi si appaiano A-U e G-C, ma i legami idrogeno sono intramolecolari - lo stesso filamento si ripiega su se stesso!

L'RNA forma due strutture principali: stelo-ansa (il filamento si piega a 180° creando un'ansa) e quadrifoglio $quattro "foglie" con tre strutture stelo-ansa$.

Esistono tre tipi principali di RNA, ognuno con una funzione specifica:

• mRNA: trasporta l'informazione genetica $strutture stelo-ansa$
• rRNA: componente strutturale dei ribosomi
• tRNA: trasporta gli amminoacidi durante la sintesi proteica $struttura quadrifoglio, 74-95 nucleotidi$

Ricorda la differenza: DNA = doppia elica stabile, RNA = singolo filamento flessibile che si ripiega in forme funzionali!

Traduzione e Codice Genetico

Come fa il tuo mRNA a "dire" ai ribosomi quali proteine costruire? La risposta è il codice genetico! Ogni amminoacido è codificato da una tripletta di nucleotidi chiamata codone. Con 4 basi hai 4³ = 64 combinazioni possibili.

I 64 codoni si dividono così: 61 codificano i 20 amminoacidi, 3 sono codoni di stop che fermano la traduzione. Il codice è degenerato - più codoni possono codificare lo stesso amminoacido, ma ogni codone è specifico per un solo amminoacido.

Il tRNA è l'adattatore geniale che collega mRNA e proteine! Ha una forma a quadrifoglio con due siti cruciali: il sito di attacco per l'amminoacido (estremità 3') e l'anticodone che si appaia con il codone del mRNA.

Ogni tRNA trasporta un solo tipo di amminoacido, ma per lo stesso amminoacido possono esistere tRNA diversi (grazie alla degenerazione del codice).

Pensa così: Il tRNA è come un traduttore che parla due lingue - quella degli acidi nucleici e quella delle proteine!