Acido desossiribonucleico (DNA) e acido ribonucleico (RNA) sono i due acidi nucleici presenti in natura. Gli acidi nucleici, a loro volta, rappresentano una delle quattro "molecole della vita", o biomolecole. Gli altri sono proteine, carboidrati e lipidi. Gli acidi nucleici sono le uniche biomolecole che non possono essere metabolizzate per generare adenosina trifosfato (ATP, la "moneta energetica" delle cellule).
Sia il DNA che l'RNA trasportano informazioni chimiche sotto forma di un codice genetico quasi identico e logicamente semplice. Il DNA è il creatore del messaggio e dei mezzi con cui viene trasmesso alle successive generazioni di cellule e organismi interi. L'RNA è il trasportatore del messaggio dell'istruttore agli operai della catena di montaggio.
Mentre il DNA è direttamente responsabile di RNA messaggero (mRNA) sintesi nel processo chiamato trascrizione, il DNA si affida anche all'RNA per funzionare correttamente al fine di trasmettere le sue istruzioni ai ribosomi all'interno delle cellule. Si può quindi dire che gli acidi nucleici DNA e RNA hanno sviluppato un'interdipendenza con ciascuno ugualmente vitale per la missione della vita.
Acidi nucleici: panoramica
Acidi nucleici sono lunghi polimeri costituiti da singoli elementi chiamati nucleotidi. Ogni nucleotide è costituito da tre elementi a sé stanti: da uno a tre gruppi fosfato, a zucchero ribosio e uno dei quattro possibili basi azotate.
Nei procarioti, che mancano di un nucleo cellulare, sia il DNA che l'RNA si trovano liberi nel citoplasma. Negli eucarioti, che hanno un nucleo cellulare e possiedono anche un certo numero di cellule specializzate organelli, Il DNA si trova principalmente nel nucleo. Ma si può trovare anche nei mitocondri e, nelle piante, all'interno dei cloroplasti.
L'RNA eucariotico, invece, si trova nel nucleo e nel citoplasma.
Cosa sono i nucleotidi?
UN nucleotide è l'unità monomerica di un acido nucleico, oltre ad avere altre funzioni cellulari. Un nucleotide è costituito da a zucchero a cinque atomi di carbonio (pentoso) in un formato ad anello interno a cinque atomi, da uno a tre gruppi fosfato e un base azotata.
Nel DNA ci sono quattro possibili basi: adenina (A) e guanina (G), che sono purine, e citosina (C) e timina (T), che sono pirimidine. L'RNA contiene anche A, G e C, ma sostituti uracile (U) per timina.
Negli acidi nucleici, i nucleotidi hanno tutti un gruppo fosfato attaccato, che è condiviso con il successivo nucleotide nella catena dell'acido nucleico. I nucleotidi liberi, tuttavia, possono avere di più.
Notoriamente, l'adenosina difosfato (ADP) e l'adenosina trifosfato (ATP) partecipano a innumerevoli reazioni metaboliche nel tuo corpo ogni secondo.
La struttura del DNA vs. RNA
Come notato, mentre il DNA e l'RNA contengono ciascuno due basi azotate puriniche e due basi azotate pirimidiniche e contengono le stesse basi puriniche (A e G) e una delle stesse basi pirimidiniche (C), differiscono in quanto il DNA ha T come seconda base pirimidinica mentre l'RNA ha U ogni posto T apparirebbe nel DNA.
Le purine sono più grandi delle pirimidine in quanto contengono Due anelli contenenti azoto uniti al uno nelle pirimidine. Questo ha implicazioni per la forma fisica in cui il DNA esiste in natura: è a doppio filamento, e, in particolare, è a doppia elica. I filamenti sono uniti dalle basi pirimidiniche e puriniche sui nucleotidi adiacenti; se si unissero due purine o due pirimidine, la spaziatura sarebbe rispettivamente troppo grande o due piccole.
L'RNA, d'altra parte, è a singolo filamento.
Lo zucchero ribosio nel DNA è desossiribosio mentre quello nell'RNA è ribosio. Il desossiribosio è identico al ribosio tranne per il fatto che il gruppo ossidrile (-OH) nella posizione a 2 atomi di carbonio è stato sostituito da un atomo di idrogeno.
Legame della coppia di basi negli acidi nucleici
Come notato, negli acidi nucleici, le basi puriniche devono legarsi alle basi pirimidiniche per formare una molecola stabile a doppio filamento (e infine a doppia elica). Ma in realtà è più specifico di così. La purina A si lega alla e solo alla pirimidina T (o U), e la purina G si lega alla e solo alla pirimidina C.
Ciò significa che quando si conosce la sequenza di basi di un filamento di DNA, è possibile determinare l'esatta sequenza di basi del suo filone complementare (partner). Pensa ai fili complementari come inversi, o negativi fotografici, l'uno dell'altro.
Ad esempio, se hai un filamento di DNA con la sequenza di basi ATTGCCATATG, puoi dedurre che il corrispondente filamento di DNA complementare deve avere la sequenza di basi TAACGGTATAC.
I filamenti di RNA sono un singolo filamento, ma si presentano in varie forme a differenza del DNA. Inoltre mRNA, gli altri due principali tipi di RNA sono RNA ribosomiale (rRNA) e RNA di trasferimento (tRNA).
Il ruolo del DNA vs. RNA nella sintesi proteica
DNA e RNA contengono entrambi both informazioni genetiche. Infatti, l'mRNA contiene le stesse informazioni del DNA da cui è stato ricavato durante la trascrizione, ma in una forma chimica diversa.
Quando il DNA viene utilizzato come stampo per produrre mRNA durante la trascrizione nel nucleo di a cellula eucariotica, sintetizza un filamento che è l'analogo dell'RNA del filamento di DNA complementare. In altre parole, contiene ribosio anziché desossiribosio, e dove T sarebbe presente nel DNA, è invece presente U.
Durante trascrizione, viene creato un prodotto di lunghezza relativamente limitata. Questo filamento di mRNA di solito contiene le informazioni genetiche per un singolo prodotto proteico unico.
Ogni striscia di tre basi consecutive nell'mRNA può variare in 64 modi diversi, il risultato di quattro diverse basi in ogni punto elevato alla terza potenza per tenere conto di tutti e tre i punti. Si dà il caso che ciascuno dei 20 amminoacidi da cui le cellule costruiscono le proteine è codificato proprio da una tale triade di basi di mRNA, chiamata a codone di terzina.
Traduzione al ribosoma
Dopo che l'mRNA è stato sintetizzato dal DNA durante la trascrizione, la nuova molecola si sposta dal nucleo al citoplasma, passando attraverso la membrana nucleare attraverso un poro nucleare. Quindi unisce le forze con un ribosoma, che si sta appena unendo dalle sue due subunità, una grande e una piccola.
I ribosomi sono i siti di traduzione, o l'uso delle informazioni nell'mRNA per produrre la proteina corrispondente.
Durante la traduzione, quando il filamento di mRNA "si aggancia" al ribosoma, l'amminoacido corrispondente alle tre basi nucleotidiche esposte - cioè il codone della tripletta - viene trasportato nella regione dal tRNA. Esiste un sottotipo di tRNA per ognuno dei 20 amminoacidi, rendendo questo processo di spostamento più ordinato.
Dopo che l'amminoacido giusto è attaccato al ribosoma, viene rapidamente spostato in un sito ribosomiale vicino, dove il polipeptide, ovvero la catena crescente di amminoacidi che precede l'arrivo di ogni nuova aggiunta, è in via di completamento.
I ribosomi stessi sono costituiti da una miscela approssimativamente uguale di proteine e rRNA. Le due subunità esistono come entità separate tranne quando sintetizzano attivamente proteine.
Altre differenze tra DNA e RNA
Le molecole di DNA sono considerevolmente più lunghe delle molecole di RNA; infatti, una singola molecola di DNA costituisce il materiale genetico di un intero cromosoma, che rappresentano migliaia di geni. Inoltre, il fatto che siano separati in cromosomi è una testimonianza della loro massa comparativa.
Sebbene l'RNA abbia un profilo più umile, è in realtà la più diversificata delle due molecole da un punto di vista funzionale. Oltre a presentarsi sotto forma di tRNA, mRNA e rRNA, l'RNA può anche fungere da catalizzatore (potenziatore di reazioni) in alcune situazioni, come durante la traduzione proteica.