In che modo la struttura del DNA influenza la sua funzione?

L'acido desossiribonucleico, o DNA, è il nome delle macromolecole in cui sono contenute le informazioni genetiche di tutte le creature viventi. Ogni molecola di DNA è costituita da due polimeri a forma di doppia elica e attaccati da una combinazione di quattro molecole specializzate chiamate nucleotidi, ordinate in modo univoco per formare combinazioni di geni. Questo ordine unico agisce come un codice che definisce le informazioni genetiche per ogni cellula. Questo aspetto della struttura del DNA definisce quindi la sua funzione primaria - quella della definizione genetica - ma quasi ogni altro aspetto della struttura del DNA influenza le sue funzioni.

I quattro nucleotidi che costituiscono la codifica genetica del DNA sono adenina (abbreviata A), citosina (C), guanina (G) e timina (T). I nucleotidi A, C, G e T su un lato del filamento di DNA si collegano al loro partner nucleotidico corrispondente sull'altro lato. Gli A si collegano ai T e i C si collegano ai G tramite legami idrogeno intermolecolari relativamente forti che formano le coppie di basi che definiscono il codice genetico. Poiché è necessario solo un lato del DNA per mantenere la codifica, questo meccanismo di accoppiamento consente la riformazione delle molecole di DNA in caso di danno o nel processo di replicazione.

La maggior parte delle macromolecole di DNA si presenta sotto forma di due filamenti paralleli che si attorcigliano l'uno attorno all'altro, chiamati "doppia elica". Il le "spine" dei filamenti sono catene di molecole alternate di zucchero e fosfato, ma la geometria di questa spina dorsale varia.

In natura sono state trovate tre varianti di questa forma, di cui il B-DNA è la più tipica nell'uomo esseri umani.,È una spirale destrorsa, così come l'A-DNA, che si trova nel DNA disidratato e nei campioni di DNA replicati. La differenza tra i due è che il tipo A ha una rotazione più stretta e una maggiore densità di coppie di basi, come una struttura di tipo B accartocciata.

L'altra forma di DNA che si trova naturalmente negli esseri viventi è Z-DNA. Questa struttura del DNA è molto diversa da A o B-DNA in quanto ha una curva sinistrorsa. Poiché è solo una struttura temporanea attaccata a un'estremità del B-DNA, è difficile da analizzare, ma la maggior parte degli scienziati ritiene che agisca come una sorta di agente di bilanciamento controtorsionale per il B-DNA in quanto è accartocciato sull'altra estremità (in una forma ad A) durante la trascrizione e la replicazione del codice processi.

Tuttavia, ancor più dei legami idrogeno tra i nucleotidi, la stabilità del DNA è fornita dalle interazioni di "impilamento delle basi" tra nucleotidi adiacenti. Poiché tutte le estremità di collegamento dei nucleotidi sono idrofobe (nel senso che evitano l'acqua), le basi si allineano perpendicolarmente al piano della spina dorsale del DNA, minimizzando gli effetti elettrostatici delle molecole attaccate o interagenti con l'esterno del filamento (il "guscio di solvatazione") e fornendo così stabilità.

Le diverse formazioni alle estremità delle molecole di acido nucleico hanno portato gli scienziati ad assegnare alle molecole una "direzione". Le molecole di acido nucleico terminano tutte in un gruppo fosfato attaccato al quinto carbonio di uno zucchero desossiribosio su un'estremità, chiamata "cinque estremità prime" (estremità 5'), e con un gruppo ossidrile (OH) all'altra estremità, chiamata "tre estremità prime" (3' fine). Poiché gli acidi nucleici possono essere trascritti e sintetizzati solo dall'estremità 5', si ritiene che abbiano una direzione che va dall'estremità 5' all'estremità 3'.

Spesso, all'estremità 5' ci sarà una combinazione di coppie di basi di timina e adenina tutte in fila, chiamata "scatola TATA". Questi non sono iscritti come parte del codice genetico, ma sono lì per facilitare la scissione (o "scioglimento") del DNA filo. I legami idrogeno tra i nucleotidi A e T sono più deboli di quelli tra i nucleotidi C e G. Quindi avere una concentrazione delle coppie più deboli all'inizio della molecola consente una più facile trascrizione.