La scoperta del DNA e la sua struttura

La scoperta del DNA e la sua identificazione come materiale genetico

Nel 1869, Friedrich Miescher, biochimico svizzero, isolò una sostanza dal nucleo dei globuli bianchi, che denominò "nucleina", poi riconosciuta come acido desossiribonucleico (DNA). Questa scoperta fu il primo passo verso la comprensione del DNA come materiale genetico. Successivamente, si osservò che i cromosomi, visibili al microscopio durante la divisione cellulare, erano portatori di informazioni ereditarie. Nonostante le proteine fossero inizialmente ritenute i principali candidati per il ruolo di materiale genetico, fu il DNA a rivelarsi il vero veicolo dell'ereditarietà, come dimostrato da esperimenti chiave condotti su batteri e virus nel corso del XX secolo.

Gli esperimenti di Hershey e Chase e la conferma del DNA come materiale genetico

Nel 1952, Alfred Hershey e Martha Chase condussero un esperimento fondamentale per stabilire la natura del materiale genetico. Utilizzando il fago T2, un virus che infetta il batterio Escherichia coli, marcarono il DNA con isotopi radioattivi di fosforo e le proteine con isotopi di zolfo. Dopo l'infezione, trovarono che il fosforo radioattivo, e quindi il DNA, era entrato nelle cellule batteriche, mentre lo zolfo radioattivo, e quindi le proteine, non era presente all'interno. Questo risultato fu decisivo nel confermare che il DNA è il materiale genetico responsabile della trasmissione delle caratteristiche ereditarie nei virus.

Le regole di Chargaff e la composizione del DNA

Erwin Chargaff formulò nel 1950 le regole empiriche che portano il suo nome, le quali stabiliscono che, nel DNA di qualsiasi organismo, la quantità di adenina (A) è approssimativamente uguale a quella di timina (T), e la quantità di guanina (G) è approssimativamente uguale a quella di citosina (C). Queste scoperte furono essenziali per comprendere la struttura a doppia elica del DNA, poiché suggerivano un appaiamento specifico tra le basi azotate, che fu poi confermato dalla struttura proposta da Watson e Crick.

La modellazione della struttura del DNA da parte di Watson e Crick

Nel 1953, James Watson e Francis Crick presentarono il modello della doppia elica del DNA, basandosi sui dati di cristallografia a raggi X ottenuti da Rosalind Franklin e Maurice Wilkins, e sulle regole di Chargaff. Proposero che il DNA fosse composto da due catene polinucleotidiche antiparallele e complementari, avvolte a formare una doppia elica. Le basi azotate si appaiavano in modo specifico, adenina (A) con timina (T) e guanina (G) con citosina (C), permettendo la replicazione semiconservativa del DNA e la trasmissione precisa dell'informazione genetica.

Il processo di replicazione del DNA

La replicazione del DNA è un processo essenziale per la vita cellulare che assicura la trasmissione dell'informazione genetica da una cellula madre alle cellule figlie. Inizia con la separazione dei due filamenti della doppia elica, mediata dall'enzima elicasi, e la formazione di una "bolla di replicazione". Gli enzimi DNA polimerasi aggiungono nuovi nucleotidi complementari ai filamenti stampo, seguendo il principio di complementarità delle basi. Il risultato è la formazione di due molecole di DNA, ciascuna composta da un filamento originale e uno neo-sintetizzato, garantendo così la fedeltà della replicazione.