Nucleotide

Definizione di nucleotide

Un nucleotide è una molecola organica che è il blocco di costruzione di DNA e RNA. Hanno anche funzioni legate alla segnalazione cellulare, al metabolismo e alle reazioni enzimatiche. Un nucleotide è composto da tre parti: un gruppo fosfato, uno zucchero a 5 carboni e una base azotata. Le quattro basi azotate nel DNA sono adenina, citosina, guanina e timina. L’RNA contiene uracile, invece di timina. Un nucleotide all’interno di una catena costituisce il materiale genetico di tutti gli esseri viventi conosciuti. Servono anche una serie di funzioni al di fuori dell’immagazzinamento delle informazioni genetiche, come messaggeri e molecole che muovono energia.

Una serie di tre nucleotidi all’interno del DNA è nota come codone, e dirige le proteine all’interno della cellula ad attaccare una specifica proteina ad una serie specificata dal resto del DNA. I codoni speciali specificano anche al macchinario dove fermare e iniziare il processo. La traduzione del DNA, come è noto, converte le informazioni dal DNA nel linguaggio delle proteine. Questa catena di aminoacidi può quindi essere piegata correttamente, e fornire una delle tante funzioni all’interno della cellula.

Struttura dei nucleotidi

La struttura dei nucleotidi è semplice, ma la struttura che possono formare insieme è complessa. Qui sotto c’è un’immagine del DNA. Questa molecola è composta da due filamenti che si avvolgono l’un l’altro, formando legami idrogeno al centro della struttura per il supporto. Ogni nucleotide all’interno ha una struttura specifica che permette questa formazione.

Base azotata

La base azotata è la parte centrale della struttura nucleotidica che trasporta informazioni. Queste molecole, che hanno diversi gruppi funzionali esposti, hanno diverse capacità di interagire tra loro. Come nell’immagine, l’idea è la massima quantità di legami idrogeno tra i nucleotidi coinvolti. A causa della struttura del nucleotide, solo un certo nucleotide può interagire con altri. L’immagine sopra mostra la timina che si lega all’adenina, e la guanina che si lega alla citosina. Questa è la disposizione corretta e tipica.

Questa formazione uniforme causa una torsione nella struttura, ed è liscia se non ci sono errori. Uno dei modi in cui le proteine sono in grado di riparare il DNA danneggiato è che possono legarsi a punti irregolari all’interno della struttura. I punti irregolari si creano quando il legame a idrogeno non avviene tra le molecole di nucleotidi opposte. La proteina taglia un nucleotide e lo sostituisce con un altro. La natura duplicata dei filamenti genetici assicura che errori come questo possano essere corretti con un alto grado di precisione.

Zucchero

La seconda parte del nucleotide è lo zucchero. Indipendentemente dal nucleotide, lo zucchero è sempre lo stesso. La differenza è tra DNA e RNA. Nel DNA, lo zucchero a 5 carboni è il desossiribosio, mentre nell’RNA, lo zucchero a 5 carboni è il ribosio. Questo dà alle molecole genetiche i loro nomi; il nome completo del DNA è acido desossiribonucleico, e l’RNA è acido ribonucleico.

Lo zucchero, con il suo ossigeno esposto, può legarsi con il gruppo fosfato della molecola successiva. Formano quindi un legame che diventa la spina dorsale zucchero-fosfato. Questa struttura aggiunge rigidità alla struttura, poiché i legami covalenti che formano sono molto più forti dei legami idrogeno tra i due filamenti. Quando le proteine arrivano ad elaborare e trasporre il DNA, lo fanno separando i filamenti e leggendo solo un lato. Quando passano, i filamenti di materiale genetico tornano insieme, spinti dall’attrazione tra le basi nucleotidiche opposte. La spina dorsale di zucchero-fosfato rimane collegata per tutto il tempo.

Gruppo fosfato

L’ultima parte della struttura del nucleotide, il gruppo fosfato, è probabilmente familiare da un’altra importante molecola ATP. L’adenosina trifosfato, o ATP, è la molecola energetica su cui si basa la maggior parte della vita sulla Terra per immagazzinare e trasferire energia tra le reazioni. L’ATP contiene tre gruppi fosfato, che possono immagazzinare molta energia nei loro legami. A differenza dell’ATP, i legami formati all’interno di un nucleotide sono noti come legami fosfodiesteri, perché avvengono tra il gruppo fosfato e la molecola di zucchero.

Durante la replicazione del DNA, un enzima noto come DNA polimerasi assembla le basi nucleotidiche corrette, e inizia a organizzarle contro la catena che sta leggendo. Un’altra proteina, la DNA ligasi, finisce il lavoro creando il legame fosfodiestere tra la molecola di zucchero di una base e il gruppo fosfato della successiva. Questo crea la spina dorsale di una nuova molecola genetica, in grado di essere passata alla generazione successiva. Il DNA e l’RNA contengono tutte le informazioni genetiche necessarie al funzionamento delle cellule.

Esempi di nucleotidi

Adenina

L’adenina è una purina, che è una delle due famiglie di basi azotate. Le purine hanno una struttura a doppio anello. Nel DNA, l’adenina si lega alla timina. Nell’RNA, l’adenina si lega con l’uracile. L’adenosina trifosfato, come discusso prima, usa il nucleotide adenina come base. Da lì, tre gruppi fosfato possono essere attaccati. Questo permette di immagazzinare una grande quantità di energia nei legami. Per la stessa ragione per cui la spina dorsale zucchero-fosfato è così forte, lo sono anche i legami nell’ATP. Se combinata con enzimi speciali che si sono formati per liberare l’energia, questa può essere trasferita ad altre reazioni e molecole.

Guanina

Come l’adenina, la guanina è un nucleotide purinico; ha un doppio anello. Si lega con la citosina sia nel DNA che nell’RNA. Come si vede nell’immagine qui sopra, la guanina si lega alla citosina attraverso tre legami idrogeno. Questo rende il legame citosina-guanina leggermente più forte del legame timina-adenina, che forma solo due legami idrogeno.

Citosina

Le pirimidine sono l’altra classe di nucleotidi. La citosina è un nucleotide pirimidinico; ha solo un anello nella sua struttura. La citosina si lega con la guanina sia nel DNA che nell’RNA. Legandosi con il nucleotide guanina, i due formano una coppia forte.

Timina

Come il nucleotide citosina, la timina è un nucleotide pirimidinico e ha un anello. Si lega con l’adenina nel DNA. La timina non si trova nell’RNA. Nel DNA, forma solo due legami idrogeno con l’adenina, rendendoli la coppia più debole.

Uracile

Anche l’uracile è una pirimidina. Durante la trascrizione dal DNA all’RNA, l’uracile è posto ovunque la timina andrebbe normalmente. La ragione di questo non è completamente compresa, anche se l’uracile ha alcuni vantaggi e svantaggi distinti. La maggior parte delle creature non usa l’uracile all’interno del DNA perché è di breve durata e può degradarsi in citosina. Tuttavia, nell’RNA l’uracile è il nucleotide preferito perché anche l’RNA è una molecola a vita breve.

Funzione del nucleotide

Oltre ad essere l’unità base del materiale genetico per tutti gli esseri viventi, un nucleotide può avere anche altre funzioni. Un nucleotide può essere una base in un’altra molecola, come l’adenosina trifosfato (ATP), che è la principale molecola energetica della cellula. Si trovano anche in coenzimi come il NAD e il NADP, che derivano dall’ADP; queste molecole sono usate in molte reazioni chimiche che svolgono ruoli nel metabolismo. Un’altra molecola che contiene un nucleotide è l’AMP ciclico (cAMP), una molecola messaggera che è importante in molti processi tra cui la regolazione del metabolismo e il trasporto di segnali chimici alle cellule. I nucleotidi non solo costituiscono i mattoni della vita, ma formano anche molte molecole diverse che funzionano per rendere possibile la vita.

Quiz

1. Quale dei seguenti non fa parte della struttura del nucleotide?
A. Zucchero a 5 carboni
B. Gruppo fosfato
C. Fosfolipide

2. Qual è l’accoppiamento corretto? A-G
B. C-G
C. T-U
D. U-C

3. Quale nucleotide non si trova nel DNA? Uracile
B. Timina
C. Adenina