Fili di DNA

La maggior parte delle persone ha visto la famosa doppia elica del DNA – due filamenti di DNA intrecciati come una scala a spirale. Tutti gli esseri viventi hanno il DNA. Creature semplici come i batteri hanno solo un lungo pezzo circolare di DNA composto da due filamenti di DNA intrecciati. Il genoma umano, l’insieme del DNA nelle persone, ha molti più filamenti di DNA.

La maggior parte del DNA degli esseri umani è tipicamente impacchettato in 46 cromosomi situati nel nucleo della cellula, che è un compartimento specializzato per immagazzinare il DNA. Ciascuno dei cromosomi nel nucleo è costituito da due filamenti lineari di DNA avvolti l’uno sull’altro.

Le cellule umane contengono anche una piccola quantità di DNA extracromosomico situato in un’altra parte della cellula chiamata mitocondri. Questo DNA mitocondriale è più simile al DNA batterico: un unico pezzo di DNA lungo e circolare, composto da due filamenti di DNA.

Un filamento di DNA è una molecola lunga e sottile – in media solo due nanometri (o due miliardesimi di metro) di larghezza. È così sottile che un capello umano è circa 40.000 volte più largo. L’incredibile sottigliezza dei filamenti di DNA permette loro di essere molto compatti, perché altrimenti la maggior parte delle molecole di DNA non si adatterebbe all’interno delle cellule.

Per la prospettiva, se si allungasse ogni filamento di DNA contenuto in una singola cellula umana da un capo all’altro, misurerebbe quasi due metri, o circa 6,6 piedi di lunghezza. Se il nucleo di una cellula avesse le dimensioni di una palla da baseball, questo equivarrebbe a 8,3 miglia di DNA stipato al suo interno.

Parti di un filamento di DNA

A prescindere dalla sua lunghezza e dalla sua posizione nella cellula, tutti i filamenti di DNA hanno una struttura comune. Sono tutti composti da blocchi chiamati nucleotidi che sono collegati insieme in una fila. I nucleotidi stessi sono composti da tre parti unite: una molecola di zucchero, un gruppo fosfato e una base azotata.

Gli zuccheri di un nucleotide si legano ai fosfati del nucleotide adiacente per formare l’esterno del filamento di DNA, conosciuto come la spina dorsale dello zucchero-fosfato. L’interno del filamento di DNA è costituito dalle basi azotate. Queste basi si legano insieme a coppie, formando legami deboli che tuttavia tengono insieme i due filamenti di DNA in una doppia elica. La loro sequenza codifica le informazioni genetiche di un organismo.

Come sono tenuti insieme i due filamenti di DNA?

I due filamenti di DNA in una doppia elica sono tenuti insieme dall’accoppiamento tra le basi azotate nei nucleotidi di ciascun filamento. La base azotata di un nucleotide di DNA può essere una delle quattro diverse molecole: adenina (A), guanina (G), timina (T) e citosina (C). Le coppie di basi azotate su filamenti opposti sono tenute insieme da attrazioni chiamate legami a idrogeno che si verificano in un modello specifico.

Ogni adenina su un filamento di DNA forma due legami a idrogeno con una molecola di timina sul filamento complementare e viceversa. E ogni molecola di guanina su un filamento forma tre legami a idrogeno con una molecola di citosina sull’altro e viceversa. In questo modo, i due filamenti di DNA sono uniti da legami idrogeno per tutta la loro lunghezza, formando i “gradini” della scala a spirale che è la doppia elica.

Perché i filamenti di DNA devono essere antiparalleli?

I due filamenti complementari di DNA che compongono un pezzo di DNA a doppio filamento sono descritti come antiparalleli tra loro. Il termine antiparallelo significa che mentre i due filamenti sono fisicamente paralleli l’uno all’altro, corrono in direzioni opposte, un po’ come le corsie di destra e di sinistra di una strada.

In altre parole, dove la spina dorsale di un filamento di DNA inizia con una molecola di zucchero e finisce in un gruppo fosfato, la spina dorsale del suo filamento complementare inizia con un gruppo fosfato e finisce in una molecola di zucchero. L’orientamento antiparallelo dei due filamenti di DNA rende il DNA strutturalmente più stabile e permette l’accoppiamento complementare delle basi che tiene insieme i filamenti di DNA.

La direzione di ogni filamento di DNA è significativa per il processo di copia del DNA (replicazione del DNA) e la lettura delle informazioni contenute nei geni del DNA (trascrizione), poiché le cellule possono leggere il DNA solo in una direzione. Proprio come noi leggiamo il testo solo da sinistra a destra, le cellule leggono il DNA solo partendo dall’estremità dello zucchero della spina dorsale e finendo con l’estremità del fosfato.