Il DNA è il codice nel quale sono contenute le informazioni necessarie alla vita: la sua duplicazione è un fenomeno fascinoso e avvincente.
Da un punto di vista generale è formato da due filamenti che si avvolgono paralleli a formare una doppia elica ed è contenuto nel nucleo, la centrale strategica della cellula.
Ogni volta che le nostre cellule si duplicano danno origine a due cellule (una madre ed una figlia). La cellula parentale, per potere assegnare il DNA completo alla neonata, deve precedentemente produrne una copia.
Si tratta di un processo semiconservativo (perché in ogni cellula finisce una doppia elica formata da un filamento vecchio ed uno nuovo), bidirezionale (perché entrambi i filamenti funzionano da stampo ma ciascuno nella propria direzione) e semidiscontinuo (perché la formazione del nuovo filamento avviene a tratti).
APERTURA DEL DNA:
La duplicazione del DNA ha inizio da speciali tratti presenti sui filamenti (punti di origine), che facilitano l’aggancio delle elicasi, gli enzimi che aprono la doppia elica come avviene per una cerniera. Il sistema rappresenta una forma di protezione, perché evita le aperture accidentali, che potrebbero danneggiare il materiale genetico.
POLIMERIZZAZIONE:
A ciascuno dei due filamenti (ora singoli) si legano le polimerasi, gli enzimi che sintetizzano il filamento figlio. Il nome di queste proteine indica già che la produzione del nuovo DNA avviene per polimerizzazione, ossia per aggiunta progressiva di gruppi molecolari analoghi, di strutture modulari.
I moduli che si ripetono e che formano la struttura fondamentale del DNA sono i nucleotidi, rappresentati schematicamente nella figura sotto. Il cerchio rappresenta un gruppo fosfato, il pentagono lo zucchero (desossiribosio nel DNA, ribosio nel RNA) e il gruppo in alto a destra è la base. Le basi sono di quattro tipi (Guanina, Timina, Citosina e Adenina).
Il compito delle polimerasi è quello di catalizzare il legame fra un nucleotide ed il successivo, a livello del fosfato, che fa da ponte fra due molecole di zucchero consecutive.
Sommando un certo numero di moduli si ottiene un filamento formato dalle molecole di zucchero (in grigio), legate fra loro da ponti fosfato (in azzurro), e da cui sporgono le basi (di quattro colori diversi per sottolinearne le differenti tipologie), proprio come potete osservare nella rappresentazione.
La struttura adesso è molto simile a quella di una scala a pioli. Qui vediamo i due filamenti vicini, non ancora appaiati: lo scheletro lineare fatto dei gruppi zuccherini a cinque atomi di carbonio (pentagonali), i ponti fosfato (viola) e le basi che sporgono (blu-verde).
RICHIUSURA DEL DNA:
Una volta affacciato l’un filamento verso l’altro, si possono accoppiare grazie al legame che si stabilisce fra le fra le basi (qui in rosso, giallo, verde e blu).
Le affinità nell’appaiamento fra le basi sono definite: come potete vedere nella rappresentazione Adenina si lega a Timina e Citosina a Guanina (A-T, C-G).
Questo permette di raggiungere due obiettivi. Il primo è quello di bilanciare gli ingombri spaziali, permettendo alla doppia elica di assumere una forma regolare. Il secondo è quello di consentire al DNA la stabilità in ambiente acquoso (quello cellulare lo è). Le basi, a natura apolare, sono infatti idrofobe e a contatto con l’acqua presente nella cellula, si comporterebbero in maniera alterata, distorcendo la regolarità complessiva. I fosfati, polari, possono stare all’esterno, a contatto con l’ambiente acquoso.
AVVOLGIMENTO DEL DNA:
A questo punto abbiamo la doppia elica. Tuttavia il DNA contenuto in una cellula, disteso in questa forma sarebbe lungo 2 metri, mentre il diametro nucleare è pari a 0,5 millesimi di millimetro. Per poter comprimere il suo ingombro, il nostro codice genetico deve ripiegarsi. Ma come?
Interagisce con proteine chiamate istoni (le perle azzurre della figura), attorno alle quali si avvolge (il filo nero), formando una struttura definita “a filo di perle”, la cromatina. Questo ripiegamento precede un successivo super-avvolgimento, che ne determina la configurazione finale.
Le informazioni scritte nel codice genetico vanno al di là della mappatura, completata nel 2000 (Progetto Genoma). Questa ci racconta della sequenza delle basi, che determina, nelle sue pressoché infinite combinazioni, le caratteristiche individuali di ciascuno di noi. Ma osservazioni recenti ci dicono che avvolgimento e super-avvolgimento del DNA (folding) racchiuderebbero ulteriori chiavi di lettura per la comprensione del codice.
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