Acidi nucleici sono composti da una serie di singoli nucleotidi per formare macromolecole e, come componente principale dei geni nei nuclei delle cellule, sono i portatori di informazioni genetiche e catalizzano molte reazioni biochimiche.
I singoli nucleotidi sono costituiti ciascuno da un fosfato e da un componente nucleobase, nonché dalla molecola dell'anello pentoso ribosio o desossiribosio. L'efficacia biochimica degli acidi nucleici si basa non solo sulla loro composizione chimica, ma anche sulla loro struttura secondaria, sulla loro disposizione tridimensionale.
Cosa sono gli acidi nucleici?
Gli elementi costitutivi degli acidi nucleici sono nucleotidi individuali, ciascuno composto da un residuo di fosfato, il monosaccaride ribosio o desossiribosio, ciascuno con 5 atomi di C disposti in un anello e una delle cinque possibili basi azotate. Le cinque basi azotate possibili sono adenina (A), guanina (G), citosina (C), timina (T) e uracile (U).
I nucleotidi che contengono desossiribosio come componente dello zucchero sono legati insieme per formare acidi desossiribonucleici (DNA) e nucleotidi con ribosio come componente dello zucchero vengono accumulati in acidi ribonucleici (RNA). L'uracile come base nucleica si trova esclusivamente nell'RNA. L'uracile sostituisce la timina lì, che può essere trovata solo nel DNA. Ciò significa che sono disponibili solo 4 nucleotidi diversi per la struttura del DNA e dell'RNA.
Nel linguaggio inglese e internazionale, così come negli articoli tecnici tedeschi, le abbreviazioni DNA (acido desossiribonucleico) sono per lo più utilizzate al posto di DNS e RNA (acido ribonucleico) invece di RNA. Oltre agli acidi nucleici presenti in natura sotto forma di DNA o RNA, in chimica si stanno sviluppando acidi nucleici sintetici che, come catalizzatori, consentono determinati processi chimici.
Anatomia e struttura
Gli acidi nucleici sono costituiti da una catena di un numero enorme di nucleotidi. Un nucleotide è sempre costituito dal monosucchero anulare desossiribosio nel caso del DNA o dal ribosio nel caso dell'RNA, nonché da un residuo di fosfato e da una parte di base nucleica. Il ribosio e il desossiribosio differiscono solo per il fatto che nel desossiribosio un gruppo OH viene convertito in uno ione H mediante riduzione, cioè aggiungendo un elettrone, e quindi diventa più chimicamente stabile.
A partire dal ribosio o desossiribosio presente sotto forma di anello, ciascuno con 5 atomi di carbonio, il gruppo nucleobase è legato allo stesso atomo di carbonio per ciascun nucleotide tramite un legame N-glicosidico. N-glicosidico significa che il corrispondente atomo di carbonio dello zucchero è collegato al gruppo NH2 della nucleobase. Se si designa l'atomo C con il legame glicosidico come n. 1, allora, visto in senso orario, l'atomo C con n. 3 è collegato al gruppo fosfato del nucleotide successivo tramite un legame fosfodiestere e l'atomo C con n. 5 Esterificato con il proprio gruppo fosfato. Entrambi gli acidi nucleici, DNA e RNA sono costituiti ciascuno da nucleotidi puri.
Ciò significa che le molecole di zucchero centrali dei nucleotidi del DNA sono sempre costituite da desossiribosio e quelle dell'RNA sono sempre costituite da ribosio. I nucleotidi di un certo acido nucleico differiscono solo nell'ordine delle 4 possibili basi nucleiche.Il DNA può essere pensato come nastri sottili che vengono attorcigliati e completati da una controparte complementare, in modo che il DNA di solito esista come una doppia elica. Le coppie di basi adenina e timina e guanina e citosina sono sempre l'una di fronte all'altra.
Funzione e compiti
DNS e RNS hanno compiti e funzioni differenti. Mentre il DNA non assume alcun compito funzionale, l'RNA interviene in vari processi metabolici. Il DNA serve ogni cellula come luogo di archiviazione centrale per le informazioni genetiche. Contiene le istruzioni per la costruzione dell'intero organismo e le rende disponibili quando richiesto.
La struttura di tutte le proteine è immagazzinata nel DNA sotto forma di sequenze di amminoacidi. In pratica, le informazioni codificate nel DNA vengono prima "copiate" tramite il processo di trascrizione e tradotte nella sequenza amminoacidica corrispondente (trascritta). Tutte queste complesse funzioni di lavoro necessarie vengono eseguite da speciali acidi ribonucleici. L'RNA assume quindi il compito di formare un singolo filamento complementare al DNA all'interno del nucleo cellulare e trasportarlo come RNA ribosomiale attraverso i pori nucleari dal nucleo cellulare nel citoplasma ai ribosomi al fine di assemblare e sintetizzare alcuni aminoacidi nelle proteine previste.
Il tRNA (transfer RNA), che consiste in catene relativamente corte di circa 70-95 nucleotidi, assume un compito importante. Il tRNA ha una struttura simile a un trifoglio. Il loro compito è quello di assorbire gli amminoacidi forniti secondo la codifica dal DNA e di metterli a disposizione dei ribosomi per la sintesi proteica. Alcuni tRNA sono specializzati in determinati amminoacidi, ma altri tRNA sono responsabili di diversi amminoacidi contemporaneamente.
Malattie
I complessi processi legati alla divisione cellulare, ovvero la replicazione dei cromosomi e la traduzione del codice genetico in sequenze amminoacidiche, possono portare a una serie di malfunzionamenti, che si manifestano in un'ampia gamma di possibili effetti da quelli letali (non vitali) a quelli difficilmente percettibili.
In rari casi eccezionali, i malfunzionamenti casuali possono anche portare a un migliore adattamento dell'individuo alle condizioni ambientali e di conseguenza portare a effetti positivi. La replicazione del DNA può portare a cambiamenti spontanei (mutazioni) in singoli geni (mutazione genica) o un errore nella distribuzione dei cromosomi nelle cellule (mutazione genomica). Un noto esempio di mutazione del genoma è la trisomia 21, nota anche come sindrome di Down.
Condizioni ambientali sfavorevoli sotto forma di dieta a basso contenuto di enzimi, situazioni stressanti persistenti, esposizione eccessiva ai raggi UV facilitano il danno al DNA, che può indebolire il sistema immunitario e favorire la formazione di cellule cancerose. Le sostanze tossiche possono anche compromettere le varie funzioni dell'RNA e portare a notevoli danni.
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