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Il DNA è una doppia elica

Il DNA è composto da due catene affiancate (”fili”) di nucleotidi intrecciati a forma di doppia elica. I due filamenti nucleotidici sono tenuti insiemeda associazioni deboli tra le basi di ciascun filo, formando una struttura comeuna scala a chiocciola (Figura 2-2). Thebackbone di ogni filo è un polimero di zucchero fosfato–desossiribosio ripetuto. I legami zucchero-fosfato in questa spina dorsale sono chiamati fosfodiesterbonds. L’attaccamento dei legami fosfodiesterici ai gruppi di zuccheroè importante nel descrivere il modo in cui è organizzata una catena nucleotidica.Si noti che i carboni dei gruppi di zucchero sono numerati da 1 ‘a 5’. Una parte del legame fosfodiestere è tra il fosfato e il 5 ‘di carbonio disossiribosio, e l’altro è tra il fosfato e il 3’ di carbonio disossiribosio. Così, ogni spina dorsale del zucchero-fosfato è detto per avere un 5 ‘ – a-3’polarity e comprendere questa polarità è essenziale nella comprensione di come DNAfulfills i relativi ruoli. Nella molecola di DNA a doppio filamento, le due dorsali sonoin orientamento opposto o antiparallelo, come mostrato in Figura 2-2. Onestrand è orientato 5 ‘→ 3′; l’altro filo, sebbene 5′ → 3′, corre nella direzione opposta, o, guardato in un altro modo, è 3′ → 5’.

Le basi sono attaccate al carbonio 1′ di ogni zucchero desossiribosio nella spina dorsale di ogni filo. Interazioni tra coppie di basi, una per ogni filo, tenonoi due fili della molecola di DNA insieme. Le basi del DNA interagiscono secondo una regola molto semplice, vale a dire che esistono solo due tipi di coppie di basi: A·T e G·C. Si dice che le basi in queste due coppie di basi siano complementari. Ciò significa che in qualsiasi” passo ” della molecola di DNA a doppio filamento, le uniche associazioni base-base che possono esistere tra i due filamenti senza distorcere sostanzialmente la DNAmolecola a doppio filamento sono A·T e G·C.

L’associazione di A con T e G con C avviene attraverso legami idrogeno.Il seguente è un esempio di legame idrogeno:

Ogni atomo di idrogeno nel gruppo NH2 è leggermente positivo(δ+) perché l’atomo di azoto tende ad attrarre gli elettroni coinvolti nel legame N–H, lasciando così l’atomo di idrogeno leggermente a corto di elettroni. L’atomo di ossigeno ha sei elettroni non legati nel suo guscio esterno, rendendoleggermente negativo (δ−). Un legame idrogeno si forma tra un leggermentepositivo H e un atomo leggermente negativo – in questo esempio, O. I legami idrogeno sono abbastanza deboli (solo circa il 3% della forza di un legame covalente), ma thisweakness (come vedremo) è importante per il ruolo della molecola del DNA nell’ereditarietà.Un altro fatto chimico importante: il legame idrogeno è molto più forte se gli atomi partecipanti si “puntano l’un l’altro” (cioè se i loro legami sono in allineamento), come mostrato nello schizzo.

Si noti che poiché la coppia G·C ha tre legami idrogeno, mentre la coppia A·T ne ha solo due, si potrebbe prevedere che il DNA contenente molte coppie G·C sarebbe più stabile del DNA contenente molte coppie A·T. In realtà, questa previsione èconfermato. Il calore fa sì che i due filamenti della doppia elica del DNA si separino (un processo chiamato fusione del DNA o dnadenaturazione); si può dimostrare che i DNA con contenuto G+C più elevato richiedono temperature più elevate per fonderli.

Sebbene i legami idrogeno siano individualmente deboli, i due filamenti della DNAmolecola sono tenuti insieme in modo relativamente stabile perché ci sono numeri normali di questi legami. È importante che i fili siano associatiattraverso tali interazioni deboli, poiché devono essere separati durante la dnareplicazione e durante la trascrizione in RNA.

I due filamenti nucleotidici accoppiati assumono automaticamente una configurazione a doppia elica (Figura 2-3), principalmente attraverso l’interazione delle coppie di basi. Le coppie di basi, che sono piatte planaristrutture, impilate una sopra l’altra al centro della doppia elica.L’impilamento (Figura 2-3c) aumenta la stabilità della molecola di DNA escludendo le molecole d’acqua dagli spazi tra le coppie di basi. La forma più stabile che risulta dall’impilamento di base èuna doppia elica con due dimensioni distinte di scanalature che corrono in una spirale.Questi sono il solco maggiore e il solco minore, che può essere visto nelmodelli. Un singolo filamento di nucleotidi non ha struttura elicoidale; la forma elicoidale del DNA dipende interamente dall’accoppiamento e dall’impilamento delle basi in trefoli antiparalleli.