Il DNA e l'RNA sono due tipi di acidi nucleici formati da subunità chiamate nucleotidi: il DNA è formato da due catene avvolte a doppia elica; l'RNA è fomato da una singola catena.
Esistono tre tipi diversi di RNA:
• RNA messaggero, o m-RNA;
• RNA di trasporto, o t-RNA;
• RNA ribosomiale, o r-RNA.
I tre tipi di RNA sono preposti ognuno a una funzione specifica nella sintesi delle proteine, che è il processo biochimico attraverso il quale l'informazione genetica contenuta nel mRNA viene convertita in proteine. La sintesi proteica inizia da un filamento di mRNA, prodotto a partire da un gene sul DNA attraverso il processo di trascrizione. Questo filamento è usato come stampo per la produzione di una specifica proteina.
Il codice genetico è l'insieme delle regole attraverso le quali viene tradotta l'informazione codificata negli acidi nucleici che formano i geni per la sintesi di proteine nelle cellule.
Le proteine sono macromolecole, costituite da una o più lunghe catene di amminoacidi. Le proteine svolgono una vasta gamma di funzioni all'interno degli organismi viventi, come la replicazione del DNA e il trasporto di molecole. Differiscono nella loro sequenza di amminoacidi, la quale è dettata dalla sequenza nucleotidica dei geni.
Gli amminoacidi sono molecole organiche che hanno nella loro struttura il gruppo funzionale amminico (-NH2) sia quello carbossilico (-COOH). Gli amminoacidi essenziali sono quegli amminoacidi che un organismo vertebrato non è in grado di sintetizzare da sé ma che deve assumere con l'alimentazione. Ogni amminoacido può essere indicato con una terna di lettere, oppure con la sua iniziale, esempio: glicina = GLY oppure G.
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| Amminoacido |
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| Legame peptidico. Il legame peptidico si genera nel momento in cui si uniscono due strutture molecolari, con la perdita di una molecola di H2O: il gruppo amminico -NH2 si unisce con -COOH. |
1. un gruppo fosfato;
2. uno zucchero a 5 atomi di carbonio;
3. una base azotata.
Nel DNA lo zucchero è il desossiribosio, che può essere legato a quattro basi azotate differenti:
adenina (A); timina (T); guanina (G); citosina (C).
Nell'RNA lo zucchero è il ribosio e, come nel DNA, può essere legato a quattro basi azotate differenti: tre sono comuni al DNA (adenina, guanina e citosina); la quarta è differente e prende il nome di uracile (U)
Il DNA è presente nel nucleo di tutte le cellule, di cui porta il codice genetico, nel citoplasma delle cellule e partecipa direttamente alla sintesi delle proteine. L'RNA si trova sia nel nucleo sia nel citoplasma delle cellule e partecipa direttamente alla sintesi delle proteine.
Ogni gruppo di 3 nucleotidi in sequenza sull'm-RNA è detto codone e porta le informazioni necessarie alla sintesi di un particolare amminoacido. Il codice genetico ha un linguaggio che si basa su un alfabeto molecolare rappresentato dalla sequenza dei nucleotidi del DNA, che viene tradotto nella sequenza degli amminoacidi di una proteina. Il codice genetico dispone di 4 "lettere" (le 4 diverse basi azotate) per specificare i 20 amminoacidi.
Utilizzando gruppi di 3 nucleotidi (triplette, o codoni) si ottengono 4^3 = 64 combinazioni diverse.
Tre di queste triplette (triplette non senso) non corrispondono a nessun amminoacido: esse sono una specie di punteggiatura e servono per segnalare la fine della catena proteica.
La tripletta AUG indica l'inizio della catena proteica; a essa corrisponde anche l'amminoacido metionina. Uno stesso amminoacido è codificato da più di una tripletta.
Il codice genetico è universale, dal momento che è identico in tutti gli esseri viventi: ogni tripletta ha lo stesso significato per tutti gli organismi.
61 codoni = di senso, specificano per i 20 amminoacidi
3 codoni= di stop
La fase di costruzione della proteina da parte dell’RNA prende il nome di traduzione: le basi dell’RNA vengono “lette” in triplette, o codoni, e ad ogni codone è associato un preciso aminoacido.
Il linguaggio del DNA
Sia {A,C,G,U} l’insieme delle basi azotate dell’RNA.
Quanti diversi codoni si possono avere con queste quattro basi? Quanti diversi codoni si possono avere con queste quattro basi? I codoni sono “parole” formate da tre lettere. Le lettere sono le quattro basi azotate A, C, G, U.
Consideriamo un solo filamento.
Nella sequenza di nucleotidi del filamento ci sono piccole sequenze chiamate geni.
Come vengono usati questi geni? Lo scopo del gene è costruire il prodotto finale: le proteine.
La proteina è costituita da una o più catene polipeptidiche che sono in pratica sequenze di amminoacidi. Quindi l’insieme di amminoacidi costituiscono le catene, le quali formano la proteina finale.
Si parte dal gene, che è una sequenza di nucleotidi, per arrivare alla sequenza polipeptidica, che è una sequenza di amminoacidi.
Si deve passare da un linguaggio a un altro. Questo passaggio è aiutato da un intermediario, l’RNA.
Si dice che una tripletta codifica per un amminoacido.
Esempio
Prima base della tripletta: A.
Seconda base: T.
Terza base: G
Ho la tripletta ATG, relativa alla metionina.
Più di una tripletta può codificare per un amminoacido. Le probabilità della sua costruzione in questo modo aumentano.
Perché proprio triplette di basi azotate?
È una questione di combinazioni matematiche.
Abbiamo 20 amminoacidi per costruire le proteine e solo 4 basi azotate.
Le quattro basi, prese singolarmente, non possono costruire 20 amminoacidi.
Non bastano neanche le combinazioni a coppia. Ci sarebbero infatti solo 16 coppie, ancora insufficienti (4 x 4 = 16). Le triplette possibili sono invece 64 (4 x 4 x 4= 64).
Una tripletta ATG che codifica per l’amminoacido metionina rappresenta anche il cosiddetto codone d’inizio. È una speciale tripletta poiché tale codone rappresenta il punto di inizio per la sintesi di qualsiasi catena di amminoacidi.
Quanto è "grande" una molecola di DNA?
Il DNA è un lungo polimero costituito da unità ripetute di nucleotidi.
La catena del DNA è larga tra i 22 ed i 26 Ångström (da 2,2 a 2,6 nanometri) ed ogni unità nucleotidica è lunga 3,3 Ångstrom (0,33 nanometri).
Ad esempio, il più grande cromosoma umano (il cromosoma 1) contiene quasi 250 milioni di paia di basi.
Negli organismi viventi, il DNA non è quasi mai presente sotto forma di singolo filamento, ma come una coppia di filamenti saldamente associati tra loro.
Essi si intrecciano tra loro a formare una struttura definita doppia elica.
Il codice genetico fu decifrato negli anni '60.
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