Struttura degli acidi nucleici Ls3 PDF

Quiz https://quizgecko.com/learn/strutture-del-dna-e-rna-ntry34 Struttura CHIMICA del DNA Gli acidi nucleici, DNA e RNA, sono costituiti da catene polinucleotidiche, polimeri lineari di unità chiamate NUCLEOTIDI → molecole costituite da 3 parti: uno zuc...

Quiz https://quizgecko.com/learn/strutture-del-dna-e-rna-ntry34 Struttura CHIMICA del DNA Gli acidi nucleici, DNA e RNA, sono costituiti da catene polinucleotidiche, polimeri lineari di unità chiamate NUCLEOTIDI → molecole costituite da 3 parti: uno zucchero pentoso, una base azotata, uno o + gruppi fosfato. Lo zucchero pentoso Nel caso del DNA lo zucchero è il deossiribosio (o desossiribosio), mentre nell'RNA è il ribosio. I 2 differiscono per un gruppo OH presente sulla posizione 2 del ribosio e che manca nel deossiribosio. La differenza è molto rilevante, in quanto il gruppo OH conferisce instabilità alle molecole di RNA. Il DNA che ha un H in quella stessa posizione è più stabile. Le basi azotate Le basi azotate che si trovano negli acidi nucleici naturali sono di due tipi: - Purine (a doppio anello eterociclico): Adenina e Guanina, presenti sia nel DNA che nell'RNA. - Pirimidine (singolo anello): Citosina, Timina (DNA) e Uracile (RNA). La differenza tra uracile e timina è la presenza di un gruppo metilico in posizione 5 dell'anello pirimidinico. Quando una delle suddette basi è legata alla posizione 1 di uno zucchero abbiamo i NUCLEOSIDI, che prendono il nome di adenosina, guanosina, citidina, timidina e uridina. Poiché in ciascun nucleoside sia lo zucchero che la base azotata hanno una numerazione 1, 2, 3 ecc, per indicare le varie posizioni nella molecola, si aggiunge un apice [ ' ] alla numerazione relativa allo zucchero per distinguerla da quella della base. I gruppi fosfato Ai nucleosidi possono essere legati uno o + gruppi fosfato (PO ) e, in tal caso, si chiameranno NUCLEOTIDI, chiamati acido adenilico, acido guanilico ecc., questo perché il gruppo fosfato conferisce acidità alla molecola. Possono trovarsi legati allo zucchero sul carbonio 5' o 3'. Inoltre, considerati come molecole indipendenti (cioè non inserite nella catena polinucleotidica), i nucleotidi possono contenere 1, 2 o 3 P. In particolare, i nucleotidi che vengono utilizzati come substrato per la sintesi del DNA e dell'RNA hanno 3 PO legati in serie sulla posizione 5' dello zucchero. In questo caso i 3 gruppi fosfato vengono indicati, a partire da quello legato direttamente allo zucchero, con Come sono legati tra loro i nucleotidi? L’ impalcatura della catena polinucleotidica è costituita dall'alternanza di zuccheri e gruppi fosfato, e le basi sporgono lateralmente da questo scheletro. Ciascuna base è legata alla posizione 1' di uno zucchero da un legame glicosidico tra l'N1 delle pirimidine o l'N9 delle purine. Ciascun gruppo fosfato forma un legame estere, detto fosfodiesterico, con il carbonio 5' di uno zucchero e un secondo legame estere con il carbonio 3' dello zucchero successivo. Tra uno zucchero e l'altro c'è 1 solo PO → polimero di nucleosidi monofosfato: durante la sintesi degli acidi nucleici, ciascun nucleoside trifosfato utilizzato come substrato, perde 2 dei suoi 3 PO. Il legame fosfodiesterico conferisce una sorta di asimmetria (o polarità) alla catena, che presenta 2 diverse estremità: - da una parte c'è un nucleotide con il carbonio 5' libero, mentre il carbonio 3' è impegnato nel legame fosfodiesterico col nucleotide adiacente; - dall'altra parte la catena termina con un nucleotide con il carbonio 5' impegnato nel legame fosfodiesterico con quello adiacente, mentre il carbonio 3' è libero. Regola di Chargaff Chargaff si era accorto che preparazioni di DNA di origine diversa possono avere un differente contenuto delle 4 basi A, C, G e T (espresse come contenuto percentuale). Compì studi di analisi quantitativa e concluse che, mentre organismi di diverse specie possono avere DNA con composizione in basi differente, il DNA preparato da diversi tessuti / organi della stessa specie ha sempre la stessa composizione in basi. Questa costanza si accordava con l'idea del ruolo del DNA come materiale genetico. Nel corso di questi studi Chargaff osservò inoltre che qualsiasi sia la fonte del DNA e nonostante la diversa composizione in basi, veniva sempre rispettata una regola: la percentuale di A è sempre = alla percentuale di T e la percentuale di C è sempre = alla percentuale di G. La regola non è valida nel caso dell'RNA. La struttura fisica del DNA Presupposto: qualsiasi materiale fosse, doveva: essere composto da 2 parti complementari tra loro, ciascuna che possa fare da stampo per permettere la duplicazione. Dopo l'identificazione del DNA come materiale genetico, vari laboratori si interessarono alla sua struttura tridimensionale utilizzando tecniche già applicate allo studio della struttura delle proteine. Anni ‘50, due laboratori: di Pauling (California) e di Wilkins e Rosalind Franklin (Londra). Tecnica: diffrazione dei raggi X. Richiede che la macromolecola da analizzare possa essere ottenuta in forma di cristallo in cui le molecole, (e quindi gli atomi), sono tutte allineate in maniera ordinata. Ottenere piccoli cristalli di DNA non era possibile può essere ridotto in forma di fibre, in cui le lunghe molecole del DNA sono orientate più o meno parallelamente l'una all'altra. Queste fibre permisero di ottenere immagini di diffrazione dei raggi X, che consentirono di ricavare alcuni parametri strutturali. Nel frattempo Rosalind Franklin a Londra andava producendo immagini di diffrazione dei raggi X Qui intervennero Francis Crick e James Watson. Le loro conoscenze erano: - Regole di Chargaff - Lavoro sulla complementarietà di Delbrück e Pauling - Il DNA doveva possedere strutture ripetitive, ma diverse tra loro - Dati sperimentali prodotti da loro su una fibra di DNA Vista la foto di diffrazione della Franklin, Crick capì che si trattava di un'elica. Provò a calcolarne i parametri e, con Watson tentarono di costruire dei modelli per confrontarli con i dati di diffrazione a raggi X. Si accorsero che se si appaiava A con T e G con C si ottenevano 2 coppie le cui estremità avevano stessa distanza. Così le coppie erano sovrapponibili e in grado di formare molecole di lunghezza infinita se si impilavano una sull'altra. Inoltre, disponendo i 2 filamenti zucchero-fosfato all'esterno e le basi all'interno della struttura, riuscirono a dimostrare la regolarità del diametro della doppia elica e la regola di Chargaff I parametri strutturali della doppia elica Secondo il modello proposto da Crick e Watson le coppie di basi sono disposte quasi perpendicolarmente rispetto all'asse della doppia elica, come a formare dei gradini di una scala a chiocciola. Le basi che si accoppiano sono sempre una pirimidina e una purina secondo la regola di Chargaff A-T: geometria e distanza permettono la formazione di 2 legami idrogeno; G-C: formano 3 legami idrogeno. Le due catene polinucleotidiche sono "antiparallele", cioè disposte con polarità 5' → 3' opposta l'una rispetto all'altra. I 2 filamenti sono costituiti dall'alternanza di residui di deossiribosio e di gruppi PO , mentre le basi sporgono lateralmente per appaiarsi con quelle dell'altro filamento. La doppia elica ha una struttura regolare, destrorsa. Compie un giro completo ogni 34 Å e ha un diametro di circa 20 Å. La distanza tra due coppie di basi adiacenti è di 3,4 Å  L'elica presenta un'asimmetria dovuta alla posizione delle molecole di deossiribosio ai lati delle basi: come conseguenza dell'opposta polarità 5' → 3' delle due eliche, i due zuccheri di ciascuna coppia di nucleotidi trovano dallo stesso lato. L’asimmetria genera nella doppia elica 2 solchi detti solco maggiore e solco minore: sono importanti per il riconoscimento della sequenza del DNA: Il solco maggiore ha molti più atomi che possono essere donatori/accettori di legami idrogeno il "linguaggio" presentato da questa zona dell'elica è molto più vario e ricco che nel solco minore. Inoltre l'α-elica delle proteine ha la dimensione giusta per poter interagire esattamente con il solco maggiore. Infatti, quasi tutte le proteine che si legano specificamente al DNA hanno dei domini ad α-elica che riconoscono le sequenze esposte nel solco maggiore. La stabilita strutturale. Dipende da: - Scheletri zucchero-fosfato idrofilici, con cariche negative dei gruppi PO , all’esterno, a contatto con l’acqua - Legami idrogeno tra le basi (idrofobiche), che si dispongono all’interno - Effetto idrofobico dovuto all’impilamento (stacking) delle basi: guardando lungo l'asse dell'elica, si vede come le coppie di basi adiacenti presentino una sovrapposizione, non completa a causa della rotazione dell'elica. Essa è stabilizzata dalla idrofobicità delle basi, che impilandosi mantengono minimo il contatto con l'acqua. La stabilità della doppia elica in soluzione non è uguale per tutti i DNA. Dipende: - dalla composizione in basi del DNA (un DNA ricco di coppie C-G è più stabile di un DNA ricco di A-T) - dalla particolare sequenza di nucleotidi nel DNA: l'effetto idrofobico dipende dall'impilamento, quindi dalla sovrapposizione di coppie di basi adiacenti, e quanto 2 coppie di basi sono sovrapposte dipende dalla particolare sequenza di nucleotidi. Proprio a causa dell’impilamento tra basi e ai gradi di flessibilità dei legami chimici dei nucleotidi, il parallelismo tra due coppie di nucleotidi lungo l'asse dell'elica non è quasi mai perfetto, quindi la relativa posizione delle basi è stata catalogata in vari parametri. Per semplificare ne descriveremo solo 3: Queste posizioni relative, influenzano la forma stessa del DNA, che può diventare "curvo" in base alla ripetizione di particolari sequenze.