Il Codice della Vita

Occorre un grande sforzo per liberarsi dalla memoria ma, quando ci riesci, scopri di avere doti superiori a quelle che immaginavi.
Tu abiti in un corpo gigantesco: l’Universo, che contiene tutti i problemi e tutte le soluzioni.
Sonda la tua anima anzichè scandagliare il tuo passato.
L’Universo attraversa molti mutamenti e ti accompagna in ciascuno di essi Per noi, ogni mutamento è “una vita”. Le cellule del tuo corpo si rinnovano e cambiano, ma tu sei sempre te stesso: e così anche il tempo non passa, ma muta.
(PAULO COELHO – ALEPH)

Tutti gli organismi viventi sono formati da sostanze organiche: proteine, lipidi, glucidi e acidi nucleici cioè DNA e RNA. In particolare, questi ultimi, sono macromolecole  responsabili della biosintesi delle proteine, dell'organizzazione di tutte le cellule e della trasmissione dei caratteri ereditari.
Vediamo più da vicino come sono formate,quale è la loro struttura e in che modo assicurano la "variabilità" genetica e la "continuità" di una specie nel tempo, muovendo quel complesso sistema che noi chiamiamo "vita".

 DNA E RNA

La struttura e il ruolo svolto da DNA (Acido Dessossiribonucleico) è, oggi, del tutto conosciuta e ampiamente studiata, ma ci sono voluti più di cento anni di ricerca da parte di numerosi scienziati per arrivare ai giorni nostri.

Una cosa è stata sempre chiara, e cioè che ogni volta che un individuo si riproduce, trasmette alla sua discendenza "un qualcosa" che permette lo sviluppo del nuovo organismo e a sua volta possa trasmettere questo "qualcosa" alle generazioni successive. Soltando dopo le scoperte di Mendel  vennero trovati i responsabili della trasmissione dei caratteri ereditari e che vennero chiamati geni.

Cellula procariote e DNA batterico

Soltanto nel 1953 James Watson e Francis Crick riuscirono a determinare la struttura tridimensionale della molecola del DNA e solo successivamente è stato possibile capire il fenomeno della replicazione e la sintesi proteica.
Negli organismi procarioti, il DNA è sotto forma di molecole circolari, ripiegate in anse, tenute insieme da particolari proteine.
Negli eucarioti invece, il DNA è contenuto all'interno del nucleo della cellula, è sempre associato a delle proteine, dette istoni: con queste strutture il DNA forma particolari strutture granulari chiamati nucleosomi.
Chimicamente il DNA è una macromolecola formata da unità fondamentali detti nucleotidi, costituiti da tre subunità:

• una base azotata.
• uno zucchero pentoso a cinque atomi di carbonio, che insieme alla base azotata forma il nucleoside. Questo zucchero è il Desossiribosio nel DNA e il Ribosio nell'RNA.
• un gruppo fosfato. 

Le basi azotate che vengono utilizzate nei nucleosidi sono quattro: adenina (A), citosina (C), guanina (G), timina (T) e uracile (U) presente nell'RNA al posto della timina. Adenina e guanina fanno parte delle purine, invece timina e citosina sono pirimidine.
La sequenza delle combinazioni in triplette, cioè le basi azotate prese a tre a tre, formano il codice genetico, che permette di "tradurle" in amminoacidi, i mattoncini con cui sono formate le proteine.
Il processo di traduzione, detto anche sintesi proteica,  avviene per mezzo di un'altra molecola simile al DNA, cioè l'RNA che trasporta le informazioni contenute in una particolare sequenza del DNA, nel luogo dove avviene la sintesi delle proteine. Essa avviene nel citoplasma cellulare a livello di particolari organelli, i ribosomi.
L'RNA si forma sullo stampo di un filamento di DNA attraverso il processo di trascrizione. Negli organismi viventi il DNA non è mai a singolo filamento, due filamenti si intrecciano tra loro e formano una struttura a doppia elica. Per capire come i vari componenti che costituiscono i nucleotidi, si assemblano tra di loro, immaginiamo una scala a pioli. Le strutture portanti laterali della scala sono formati dallo zucchero pentoso cioè il desossiribosio e dai gruppi fosfato. I pioli, invece, sono formati dalle 4 basi azotate che si legano a due a due mediante legami a idrogeno, l'adenina sempre con la timina, la citosina si lega sempre con la guanina. Questa scala si avvolge a doppia elica. I legami chimici che si instaurano tra i vari nucleotidi, fanno si che i due filamenti del DNA siano in direzioni opposte cioè antiparalleli, uno va in direzione 3' (tre primi)-5'(cinque primi), l'altro filamento va in direzione 5'-3'.

Struttura del DNA e come si appaino le basi azotate

L'RNA è anche esso una molecola derivante dall'unione di nucleotidi ed è molto simile al DNA, con delle differenze che rispecchiano anche le diverse funzioni che esso svolge nella cellula. Le differenze che esistono tra DNA ed RNA sono sia strutturali che funzionali:

• Al posto del desossiribosio presente nel DNA vi è un'altro zucchero pentoso, il ribosio.
• La timina è sostituita dall'uracile che nell'RNA si lega all'adenina.
• L'RNA è a singolo filamento, mentre il DNA, come abbiamo visto, è a doppio filamento.
• Un'altra differenza è dal punto di vista funzionale, mentre il DNA è il detentore dell'informazione genetica, l'RNA trasporta queste informazioni dal nucleo al citoplasma, dove avviene la sintesi delle proteine.

L'RNA si forma attraverso un processo di trascrizione, dove un filamento di DNA viene copiato nel corrispondente filamento di RNA, rispettando la complementarietà delle basi.
Di RNA ne esistono tre diversi tipi:

• RNA messagero (mRNA), chiamato così perchè è quello che trasporta le informazioni contenute nel DNA.
• RNA ribosomiale (rRNA) che insieme a particolari proteine rientra nella struttura dei ribosomi.



tipi di RNA

• RNA transfert (tRNA) è necessario per il processo di traduzione e trasporta gli amminoacidi specifici che devono rientrare nella costituzione della proteina che si sta sintetizzando.

DUPLICAZIONE DEL DNA

Duplicazione del DNA

Tutte queste molecole intervengono nel processo di sintesi delle proteine, vediamo come:

Innanzi tutto bisogna sottolineare che il DNA è in grado di "autoduplicarsi", cioè di formare copie identiche a se stesso. 

Al momento della duplicazione dei cromosomi, la struttura della doppia elica si apre, rompendo i legami a idrogeno tra le basi azotate. Ciascuno dei due filamenti funge da stampo per un filamento nuovo, rispettando l'appaiamento delle basi azotate. Per questo motivo la duplicazione del DNA viene detta "semiconservativa", perchè alla fine le due molecole identiche di DNA avranno un filamento "vecchio" e uno di nuova sintesi. Questo processo è molto importante, nel momento della mitosi in cui una cellula si divide nelle due cellule figliee che devono avere entrambe il patrimonio genetico completo e identico a quello della cellula madre.

Duplicazione del DNA

Questo processo richiede particolari enzimi: le elicasi che aprono la doppia elica, le topoisomerasi che dividono e riattaccano i due filamenti, diverse proteine tengono separati i due filamenti. La fase successiva è quella della duplicazine vera e propria, che richiede l'intervento di un'altra proteina enzimatica la DNA-polimerasi.

                        SINTESI PROTEICA

Trascrizione

Nella sintesi delle proteine intervengono tutti i tipi di acidi nucleici DNA e vari RNA e i ribosomi.

L'mRNA si forma in seguito al processo di trascrizione che avviene grazie all'intervento di un enzima, l'RNA-polimerasi e non è altro che la copia delle informazioni genetiche che deve essere "portata" nel sito della sintesi proteica.

L' rRNA rientra nella struttura dei ribosomi, organelli cellulari essenziali per la sintesi delle proteine. Essi sono formati da proteine strutturali e da RNA detto, appunto ribosomiale ed hanno due sub-unità: quella più piccola ha un sito di legame per il tRNA che trasporta uno specifico amminoacido. Gli amminoacidi presenti nelle nostre cellule sono 20 e ci sono almeno 20 tipi diversi di tRNA, ciascuno specifico per ogni amminoacido. Tutte queste molecole hanno una struttura a trifoglio, ad una estremità vi è il sito di legame per il suo specifico amminoacido, all'altra estremità vi è un sito di attacco formato da una tripletta anticodone, complementare ad una sequenza del mRNA.

sintesi proteica

Vediamo come tutti questi componenti si assemblano insieme e collaborano per la sintesi delle proteine.

La sintesi proteica è anche chiamata traduzione, in quanto si ha il passaggio di informazioni da un linguaggio, quello degli acidi nucleici, ad un altro, quello degli amminoacidi. Queste informazioni sono contenute nelle sequenze specifiche di nucleotidi del DNA e sono poi trasferite sul mRNA, rispettando la complementarietà delle basi. Non tutte le sequenze del DNA codificano per un detrminato amminoacido, vi sono delle sequenze di inizio e terminazione della sintesi proteica Essa avviene in tre fasi: 

1. INIZIO: La sub-unità più piccola del ribosoma si attacca all'estremità 5' dell'mRNA. La prima sequenza indica l'inizio della sintesi proteica e codifica per il primo amminoacido, la metionina, trasportato dal tRNA specifico che si inserisce nel codone di inizio corrispondente sul mRNA. La sub-unità maggiore del ribosoma si colloca sopra quella più piccola e il tRNA si trova sul sito P (peptidico),mentre un altro sito, il sito A (amminoacidico) è ancora vuoto.
2. ALLUNGAMENTO: In questa fase, arriva il secondo tRNA che trasportail secondo amminoacido della proteina, il suo anticodone si inserisce nel codone specifico del mRNA. Si forma il legame peptidico tra il primo amminoacido e il secondo, contemporaneamente si rompe il legame tra il primo amminoacido e il suo tRNA che si allontana, lasciando il sito P vuoto. Il ribosoma, a questo punto, avanza di una tripletta nella direzione di sintesi 5'-3' e il secondo tRNA si sposta dal sito A al sito P, precedentemente lasciato libero, lasciando il sito A vuoto per il terzo tRNA. Quando arriva il terzo tRNA si posiziona sul sito A e si forma il legame peprtidico col secondo amminoacido e così via, questo processo va avanti finchè la catena proteica non è completa e l'mRNA non sia stato tutto tradotto. 
3. TERMINAZIONE: Quando il ribosoma incontra una sequenza di terminazione della sintesi proteica, il polipeptide si stacca dall'ultimo tRNA e libera il sito P, mentre il sito A è occupato da un fattore di rilascio che stimola la dissociazione delle due sub-unità ribosomiali.

Il nostro DNA subisce continuamente numerose alterazioni, dovute ad agenti esterni come sostanze chimiche presenti nell'ambiente circostante, radiazioni ecc detti mutageni. Le mutazioni non sempre sono dannose, basta pensare all'evoluzione, alla comparsa di nuove specie di organismi viventi, e per di più il nostro DNA possiede la capacità di riparare sequenze sbagliate che potrebbero portare alla sintesi di una proteina errata.Il genoma umano e quello di moltissimi microrganismi è stato del tutto sequenziato, questo è di estrema importanza, in campo medico, per la cura di tumori e di malattie genetiche rare.
Vi consiglio di leggere "L' ARMONIA DEL DNA", dove l'autore dà una visione affascinante del nostro DNA, e gli altri approfondimenti.

PER APPROFONDIRE:

L'ARMONIA DEL DNA

La teoria dell'evoluzione

LE FREQUENZE POSSONO INFLUENZARE E RIPROGRAMMARE IL DNA

DAVID WILCOCK – SCOPERTE SUL DNA DALLA RUSSIA