Acidi n. o
nucleinici: macromolecole lineari formate dalla
combinazione di numerose unità di mononucleotidi; sono responsabili di
alcune tra le funzioni fondamentali degli organismi viventi, quali la sintesi
proteica e il suo controllo, la custodia e la riproduzione del codice genetico.
Nelle cellule, gli acidi
n. si trovano in forma libera o associati con
cationi di varia specie, a causa della ionizzazione negativa che tali sostanze,
fortemente acide, subiscono al valore di pH cellulare. Ogni nucleotide è
formato da una base eterociclica azotata, purinica o pirimidinica, e da uno
zucchero, ribosio o desossiribosio, ed è connesso al successivo tramite
un legame diestero, che un gruppo di fosfato stabilisce tra un gruppo
ossidrilico in posizione 5' di uno zucchero e il gruppo ossidrilico in posizione
3' dello zucchero successivo; a seconda del tipo di zucchero presente, gli acidi
n. si distinguono in due tipi: l'acido ribonucleico o RNA e l'acido
desossiribonucleico o DNA. ║
DNA: costituisce la sede fondamentale
delle informazioni genetiche e regola tutte le attività cellulari
sovrintendendo alla produzione delle proteine; negli organismi con un solo
cromosoma, le molecole di DNA presentano una uguale massa e identico peso
molecolare, mentre nelle cellule degli organismi con più cromosomi si
trovano differenti tipi di DNA, in gran parte presente nel nucleo combinato con
proteine basiche. Le basi eterocicliche azotate della sua struttura sono, salvo
rare eccezioni, l'adenina e la guaina, puriniche, e la timina e la citosina,
pirimidiniche; pertanto, i nucleotidi del DNA possono essere di quattro tipi, a
seconda della base che vi si trova: dAMP, dGMP, dTMP e dCMP. La struttura del
DNA è costituita da due catene polimeriche, in cui ogni purina è
accoppiata ad una pirimidina della catena complementare mediante legami di
idrogeno; le coppie possibili sono adenina-timina e guaina-citosina,
poiché permettono la struttura più compatta e più favorita
energeticamente. La presenza di due catene parallele costituisce un meccanismo
protettivo affinché possano essere riconosciuti e corretti errori di
accoppiamento, prodotti da mutazioni chimiche o da radiazioni ionizzanti; per
proteggere ulteriormente il messaggio genetico, la struttura del DNA si avvolge
intorno ad un asse, fino ad assumere forma elicoidale, la cui parte esterna
è rappresentata dai polimeri zuccherini, mentre all'interno si situano le
basi accoppiate. L'accoppiamento delle basi è il fenomeno su cui si fonda
la duplicazione del DNA durante la divisione cellulare (mitosi): le due eliche
si separano per la rottura dei legami di idrogeno, mentre le diverse molecole di
desossiribonucleotidi (dATP, dCTP, dGTP, dTTP), presenti nel citoplasma, si
accoppiano con le basi di ciascuna catena. Oltre alla custodia del codice
genetico, il DNA ha la funzione di controllare l'attività di ogni singola
cellula, regolando la sintesi proteica: la molecola capace di trasferire
l'informazione genetica dal DNA ai ribosomi presenti nel citoplasma, in cui ha
luogo la sintesi proteica, è l'RNA. ║
RNA o
acido
ribonucleico: è un polimero simile al DNA, in cui lo zucchero
è il D-ribosio e nel quale la base azotata timina è sostituita
dall'uracile; è costituito in genere da una sola catena. La corretta
sequenza di nucleosidi nella molecola dell'RNA viene determinata dal DNA stesso,
sulla cui catena si effettua la sintesi dell'RNA. Esistono tre tipi fondamentali
di RNA, che differiscono per le diverse funzioni che essi compiono: RNA
messaggero (mRNA), RNA ribosomale (rRNA), RNA transfer (tRNA). L'mRNA viene
sintetizzato dal nucleo durante il processo di trascrizione; la sua funzione
è quella di trasferire dal DNA al citoplasma l'informazione genetica
relativa alla sequenza di amminoacidi della proteina che sta per essere
sintetizzata. Il tRNA ha la funzione di trasportare gli amminoacidi nei ribosomi
durante la sintesi proteica; l'rRna, infine, componente caratteristico dei
ribosomi, ha una funzione che non è stata ancora perfettamente chiarita.
║
Biosintesi degli acidi n.: avviene in due fasi, la prima
riguardante la sintesi dei singoli nucleotidi, la seconda la loro
polimerizzazione. La sequenza delle reazioni per la formazione dell'anello
azotato delle basi puriniche inizia con la sintesi del ribonucleotide della
glicinammide; a questo si aggiungono, in seguito, gruppi formilici e residui di
amminoacidi, fino alla costituzione di un anello eterociclico dell'imidazolo.
Per successive reazioni si giunge alla sintesi del secondo anello del nucleo
purinico. Le basi pirimidiniche si formano, invece, a partire dall'acido
aspartico e dal carbamil-fosfato, attraverso reazioni enzimatiche che portano
alla sintesi di acido orotico; questo si trasforma quindi in un mononucleotide
piriminidico, l'acido ortodilico, che viene rapidamente decarbossilato in acido
uridilico. La sintesi di DNA e RNA è stata chiarita grazie alla
possibilità di effettuarla
in vitro attraverso la purificazione di
alcuni enzimi: A. Kornberg nel 1961 è riuscito a formare nuove molecole
di DNA, mediante un enzima, la DNA-polimerasi, che in presenza di quattro
nucleotidi forma nuove molecole, purché siano presenti tracce di MG 2+ e
di DNA depurato. Tale processo si ripete verosimilmente anche
in vivo. La
biosintesi del RNA è ancora più complessa, data la varietà
di RNA esistenti; il processo è attuato con un enzima, detto
RNA-polimerasi-DNA- dipendente, che ha la proprietà di polimerizzare i
quattro nucleotidi che contengono le basi caratteristiche del RNA.