nuclèico o nucleìnico
Indice
Descrizione generale
agg. (pl. m. -ci) [da nucleo]. Acido nucleico , macromolecola lineare formata dalla combinazione di numerose unità di mononucleotidi. Si distinguono due tipi fondamentali di acidi nucleici: l'acido ribonucleico o RNA e l'acido desossiribonucleico o DNA. Nella struttura di questi composti ciascun nucleotide è legato al successivo attraverso una molecola di acido fosforico, che esterifica sia il gruppo ossidrilico in posizione 3´ di un residuo di pentoso, sia il gruppo ossidrilico in posizione 5´ del pentoso appartenente al successivo nucleotide. Nelle cellule, gli acidi nucleici si trovano in forma libera oppure combinati con proteine sotto forma di nucleoprotidi. Il DNA è presente nel nucleo di tutte le cellule, dove funge da depositario del corredo genetico. Nella sua struttura sono presenti quattro tipi di nucleotidi maggiori: dAMP, dGMP, dTMP e dCMP, assieme a piccole quantità di nucleotidi metilati. Il DNA presente nelle cellule delle varie specie viventi varia per il peso molecolare e per la diversa sequenza delle unità nucleotidiche. Negli organismi le cui cellule contengono un solo cromosoma, questo è formato da molecole di DNA aventi tutte lo stesso peso molecolare, generalmente superiore a 2×109. Ciò si osserva per esempio nei Batteri, dove tuttavia è possibile riscontrare anche frammenti extra-cromosomici di DNA, detti plasmidi o episomi, localizzati nel citoplasma. Nelle cellule degli organismi con più cromosomi si trovano di solito diversi tipi di DNA. Questo è presente in gran parte nel nucleo combinato con proteine basiche (istoni). Piccole quantità di DNA non cromosomico (DNA satellite) si riscontrano a livello extra-nucleare. L'acido ribonucleico o RNA è una macromolecola formata dalla sequenza di numerose unità di ribonucleotidi. È presente nelle cellule in misura da 5 a 10 volte superiore rispetto al DNA. Negli animali superiori il contenuto di RNA è molto elevato a livello degli organi dove più attiva è la sintesi proteica (fegato, pancreas, intestino tenue, cervello, sistema reticolo-endoteliale); è invece ridotto negli organi con funzioni meccaniche, come il cuore e i muscoli scheletrici. Va comunque sottolineato che con i comuni procedimenti estrattivi è difficile ricavare RNA del tutto privo di ribonucleasi, enzima preposto alla scissione idrolitica del RNA; pertanto il dosaggio di quest'ultimo nelle cellule può fornire risultati molto variabili. Si distinguono tre tipi fondamentali di RNA: RNA messaggero (mRNA), RNA ribosomale (rRNA) e RNA transfer (tRNA). Ciascuno di essi può esistere in diverse forme, che variano per il peso molecolare e la sequenza delle basi azotate; si conoscono tre diverse forme di rRNA, circa 60 forme di tRNA e centinaia di forme di mRNA. Nei microrganismi tutto il RNA è contenuto nel citoplasma cellulare, mentre nelle cellule degli animali superiori esso è distribuito nel citoplasma, nel nucleo, nei mitocondri e nei ribosomi, dove è contenuto il quantitativo più cospicuo. Il RNA messaggero rappresenta il 2% circa del RNA cellulare. Viene sintetizzato nel nucleo durante il processo di trascrizione, quando la sequenza di basi di un certo frammento di DNA cromosomico viene trascritta con meccanismo enzimatico in un frammento di RNA. In pratica, la funzione del mRNA è quella di trasferire dal DNA nucleare al citoplasma l'informazione genetica relativa alla sequenza di amminoacidi di una proteina che sta per essere sintetizzata. Una volta avvenuta la trascrizione, la molecola di mRNA passa nei ribosomi, dove funge da modello per la corretta sequenza di amminoacidi nella proteina in formazione. Ognuna delle proteine sintetizzate della cellula è codificata da una specifica forma di mRNA o da un particolare segmento della sua molecola. Caratteristica della struttura del mRNA è la presenza di sole 4 basi azotate, l'adenina, la guanina, la citosina, l'uracile. Il RNA transfer (tRNA), detto anche RNA solubile, è una molecola di dimensioni relativamente modeste, con peso molecolare variabile da 23.000 a 30.000. È formato da una sequenza di 75-90 mononucleotidi e rappresenta il 16% circa del RNA cellulare. Assieme alle basi maggiori il tRNA contiene una certa quantità di basi minori metilate e alcune basi azotate non molto diffuse in natura, quali l'acido pseudo-uridilico e l'acido ribotimidilico. La funzione biologica del tRNA consiste nel trasporto degli amminoacidi durante la sintesi proteica nei ribosomi. Nel citoplasma si trova in forma libera oppure combinato con amminoacidi, sotto forma di amminoacil-tRNA. Il RNA ribosomico rappresenta oltre l'80% del RNA cellulare ed entra fino al 65% nella composizione chimica dei ribosomi. Contiene le quattro basi azotate maggiori e una modesta percentuale di basi metilate. La sua funzione non è stata ancora perfettamente chiarita. I ribosomi si trovano in gran parte associati alle membrane lipoproteiche del reticolo endoplasmatico, ma sono anche presenti, in piccole quantità, nel nucleo e nei mitocondri. Spesso si presentano uniti tra loro a forma di catene di rosario, dette poliribosomi e polisomi. In condizioni sperimentali adatte, i ribosomi si dissociano in due subunità, di diversa dimensione; quelli estratti da procarioti, che all'ultracentrifuga analitica hanno coefficiente di sedimentazione pari a 70 S in subunità di 30 e 50 S; quelli di eucarioti, con coefficiente di sedimentazione 80 S, in particelle di 40 e 60 S .
Biosintesi degli acidi nucleici
Nella biosintesi degli acidi nucleici si distinguono due fasi, la prima riguardante la sintesi dei singoli nucleotidi, la seconda la loro polimerizzazione nella definitiva forma macromolecolare. La sintesi dei nucleotidi avviene con modalità diverse. L'anello azotato delle basi puriniche si forma da un precursore ribonucleosidico fosforilato a catena aperta. La sequenza delle reazioni inizia con la sintesi del ribonucleotide della glicinammide (ammide dell'amminoacido glicina). In seguito, a livello di questa struttura avviene la progressiva addizione di gruppi formilici e di residui di amminoacidi fino alla formazione di un anello eterociclico dell'imidazolo. Successive reazioni dello stesso tipo portano poi alla sintesi del secondo anello del nucleo purinico. La formazione delle basi pirimidiniche avviene nelle cellule a partire dall'acido aspartico e dal carbamil-fosfato, attraverso una catena di reazioni enzimatiche che portano alla sintesi di acido orotico, quindi a quella di un mononucleotide pirimidinico, l'acido orotidilico, che viene rapidamente decarbossilato ad acido uridilico oppure a uridin-5-fosfato (UMP). Il meccanismo con cui avviene la sintesi degli acidi nucleici è stato in parte chiarito recentemente, in seguito alla scoperta e alla purificazione di alcuni enzimi capaci di catalizzare in vitro la biosintesi del DNA e del RNA. Nel 1961 A. Kornberg ha isolato, dapprima nei microrganismi, quindi dal timo di vitello, un enzima, la DNA-polimerasi, che in presenza di quattro nucleotidi (dATP, dGTP, dTTP o desossi-timidina-trifosfato e dCTP) è capace di formare una nuova molecola di DNA, a condizione che siano presenti tracce di Mg2+ e di DNA denaturato, che ha la funzione di “stampo”. La DNA-polimerasi provoca la polimerizzazione di radicali nucleotidici sul modello del residuo di DNA; durante la reazione le basi azotate vengono incorporate una per volta nella molecola di DNA che va formandosi, secondo un ordine che rispetta rigorosamente la sequenza dei nucleotidi del modello. Pertanto la sintesi del DNA non avviene sia in assenza dello stampo, sia quando manchi un solo nucleotide che figura nella struttura del modello. Con metodi chimico-fisici ed enzimatici si può dimostrare che la molecola di DNA che si ottiene in vitro ha peso molecolare, contenuto in basi azotate e configurazione sterica identici a quelli dello stampo. Il significato biologico di tale fenomeno, che verosimilmente si ripete anche in vivo, va considerato alla luce del fatto che il DNA è il costituente chimico dei cromosomi, cui tali caratteri possono venire integralmente trasmessi durante la replicazione cellulare, grazie al meccanismo con cui il DNA si replica. La sintesi di RNA, il cui processo cellulare prende il nome di trascrizione, risulta ancora più complessa, data la varietà delle forme in cui detto acido nucleico è presente nella cellula. L'informazione genetica concernente la sequenza nucleotidica di ciascuna delle forme di RNA è depositata in specifici segmenti del DNA cromosomico (geni strutturali). Il processo biosintetico è promosso da un enzima detto RNA-polimerasi-DNA-dipendente, il quale ha la proprietà di polimerizzare i quattro nucleotidi che contengono le basi caratteristiche del RNA.
Struttura degli acidi nucleici
Mediante analisi ai raggi X di acidi nucleici di varia origine ottenuti allo stato cristallino, Watson e Crick e altri studiosi hanno formulato un modello di struttura tridimensionale di tali molecole, che in seguito ha trovato conferma nei risultati di numerose indagini sperimentali. La struttura del DNA consiste in due catene elicoidali di nucleotidi avvolti intorno allo stesso asse e tenute insieme in una doppia elica da legami idrogeno. Tale struttura si deve al cosiddetto “appaiamento delle basi”, cioè al fatto che le basi puriniche e quelle pirimidiniche hanno tendenza a formare legami idrogeno tra i rispettivi gruppi amminici e carbonilici. Ciò determina la saldatura delle due catene. Gli appaiamenti più stabili e compatibili con la conformazione a doppia elica del DNA sono quelli tra adenina e timina e tra guanina e citosina, che rappresentano pertanto le specifiche basi complementari della molecola. Trattamenti chimici o fisici che determinano l'interruzione dei legami idrogeno provocano la separazione delle catene costituenti la doppia elica: tale fenomeno è detto denaturazione del DNA. La struttura delle molecole di RNA, che sono invece sintetizzate attraverso la trascrizione in una singola elica, devono all'appaiamento delle basi (con la sostituzione della timina con l'uracile) la capacità di acquisire una struttura tridimensionale, dovuta a ripiegature elicoidali in alcuni punti della molecola, il cui filamento può ruotare e ripiegarsi su sé stesso. Di particolare importanza è la classica struttura a "trifoglio" acquisita dalla singola elica dell'RNA di trasporto (tRNA). Nei procarioti questi RNA, il cui compito è quello di trasferire ai ribosomi i vari amminoacidi costituenti le proteine, sono formati da 75 - 90 nucleotidi, in parte a singola elica, in parte accoppiati fra loro a formare dei tratti a doppia elica; l'insieme di queste anse e di questi bracci genera una forma che, rappresentata sul piano, ha una tipica struttura a trifoglio. Nella cellula questa molecola presenta una complessa struttura a forma di "L" rovesciata e contorta a spirale, dovuta all'interazione delle due anse laterali del trifoglio. Chiari dati sperimentali hanno dimostrato che tale conformazione tridimensionle è essenziale per il funzionamento degli RNA di trasporto: qualora questa non possa relizzarsi, ad esempio a causa di mutazioni puntiformi, le molecole interessate perdono la loro funzionalità, con effetti deleteri per tutto il metabolismo cellulare.
Bibliografia
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