La struttura del DNA

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La doppia elica del DNA, scoperta da Watson e Crick, è una struttura composta da filamenti antiparalleli e complementari. Questa forma permette il riconoscimento delle sequenze di DNA da parte delle proteine e gioca un ruolo essenziale in processi come la replicazione e la trascrizione. Le distorsioni e il superavvolgimento influenzano la stabilità e la funzionalità del DNA nelle cellule.

Riassunto

Schema

Struttura e Caratteristiche della Doppia Elica del DNA

La doppia elica del DNA è la struttura secondaria di questa essenziale molecola biologica, scoperta da Watson e Crick nel 1953. È composta da due filamenti antiparalleli e complementari di acido nucleico avvolti l'uno attorno all'altro, formando una struttura a elica. I filamenti sono tenuti insieme da legami idrogeno tra coppie di basi azotate complementari: adenina (A) con timina (T) e citosina (C) con guanina (G). La doppia elica presenta due solchi di dimensioni diverse, il solco maggiore largo circa 22 ångström (Å) e il solco minore largo circa 12 Å, che sono fondamentali per il riconoscimento delle sequenze di DNA da parte delle proteine. La struttura è stabilizzata dall'impilamento idrofobico delle basi e dalla formazione di legami idrogeno. Ogni giro completo dell'elica, o passo, misura 34 Å (3,4 nm) con un diametro di circa 20 Å (2 nm), e contiene circa 10,5 coppie di basi, con le basi ruotate di circa 36° l'una rispetto all'altra.

Modello 3D di doppia elica del DNA con basi azotate colorate e legami, su sfondo neutro.

Codice dei Solchi e Riconoscimento delle Sequenze di DNA

I solchi della doppia elica del DNA giocano un ruolo cruciale nel riconoscimento delle sequenze da parte delle proteine regolatorie, che possono legarsi al DNA senza la necessità di aprire la doppia elica. Il codice dei solchi è determinato dalla disposizione spaziale di donatori e accettori di legami idrogeno, gruppi metilici e atomi di idrogeno non polari esposti dalle coppie di basi. Nel solco maggiore, il codice è sufficientemente dettagliato da permettere il riconoscimento di specifiche coppie di basi: AT (ADAM), GC (AADH), TA (MADA) e CG (HDAA), dove le lettere rappresentano la presenza di donatori (D), accettori (A), metilici (M) e idrogeni non polari (H). Nel solco minore, le informazioni sono meno specifiche, rendendo più difficile distinguere tra coppie di basi come GC e CG o AT e TA, poiché entrambe presentano lo stesso codice (AHA per AT e TA, ADA per GC e CG).

Conformazioni della Doppia Elica e Strutture Inusuali del DNA

Il DNA può assumere diverse conformazioni a seconda delle condizioni ambientali e della sequenza di basi. Le conformazioni più note sono le strutture A, B e Z. La forma B è quella predominante in condizioni fisiologiche, con un solco maggiore ampio e un solco minore stretto. La forma A si verifica in condizioni di disidratazione e ha una struttura più compatta, con 11 coppie di basi per giro d'elica. La forma Z è sinistrorsa e si trova in sequenze con alternanza di purine e pirimidine, come CGCGCG. Oltre a queste conformazioni canoniche, il DNA può formare strutture insolite come slipped structures, cruciform structures e triple helix DNA, che possono avere implicazioni in malattie neurologiche ereditarie e influenzano la replicazione e la trascrizione del DNA.

Distorsioni della Doppia Elica e Unità di Misura nel DNA e RNA

La doppia elica del DNA può presentare distorsioni come twist, roll, tilt, slide e propeller twist, che contribuiscono alla stabilità strutturale della molecola e alla regolazione dell'accesso alle basi azotate. L'angolo di twist, che è l'angolo tra coppie di basi adiacenti, varia tra 28° e 40° a seconda della sequenza di basi. Nel DNA, l'unità di misura comunemente utilizzata è il numero di coppie di basi (bp), mentre nell'RNA si conta il numero di nucleotidi (nt). Gli oligonucleotidi sono brevi catene di DNA o RNA, generalmente con meno di 50 basi o nucleotidi, che possono essere utilizzati come sonde molecolari o per scopi terapeutici.

Topologia e Superavvolgimento del DNA

Il DNA può essere lineare o circolare, con quest'ultimo che può presentare il fenomeno del superavvolgimento. Il superavvolgimento è una caratteristica delle molecole di DNA circolare covalentemente chiuse (cccDNA) e può essere positivo o negativo. Il superavvolgimento negativo è più comune nelle cellule e facilita processi come la replicazione e la trascrizione. Il grado di superavvolgimento è misurato dal linking number (Lk), che è la somma del twist (numero di giri dell'elica) e del writhe (numero di volte che il DNA si sovrappone a se stesso). Il superavvolgimento è essenziale per compattare il DNA all'interno delle cellule e per immagazzinare energia necessaria per la separazione dei filamenti durante i processi cellulari.

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