Nucleotidi del DNA: cosa sono, caratteristiche e funzioni

Il progetto sul genoma umano, lanciato nel 1990 con un budget di 3 miliardi di dollari, si è posto l'obiettivo globale mappare le basi chimiche che producono il nostro DNA e identificare tutti i geni presenti nel genoma della specie umano. Il sequenziamento è stato completato nel 2003, 13 anni dopo.

Grazie a questo titanico lavoro molecolare e genetico, ora sappiamo che il genoma umano contiene circa 3.000 milioni di coppie di basi e 20.000-25.000 geni. Anche così, resta ancora molto da descrivere, poiché le funzioni di ciascuna delle sezioni dell'informazione genetica che abbiamo codificato in ciascuna delle nostre cellule non sono note.

Mentre gli scienziati indagano, la popolazione generale sta diventando sempre più consapevole di cosa sia la genetica, il scienza che studia quell'alfabeto di molecole che organizzano e codificano l'ereditarietà e ciascuna delle nostre funzioni vitale. Non siamo niente senza i nostri geni e, sebbene non siano visibili ad occhio nudo, tutta la materia vivente "è" grazie a loro. Poiché non possiamo acquisire conoscenze senza partire dall'inizio, in questo articolo ti presentiamo

la struttura basale che codifica per la nostra esistenza: i nucleotidi del DNA.

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Cos'è un nucleotide?

Un nucleotide è definito come una molecola organica formata dal legame covalente di un nucleoside (pentoso + base azotata) e un gruppo fosfato.

Una sequenza di nucleotidi è la sua stessa parola genetica, poiché il suo ordine codifica la sintesi delle proteine ​​da parte del macchinario cellulare e, quindi, il metabolismo dell'essere vivente. Ma non andiamo avanti: ci concentreremo prima su ciascuna delle parti che danno origine a questa molecola unica.

1. pentoso

I pentosi sono monosaccaridi, carboidrati semplici (zuccheri), formati da una catena di 5 atomi di carbonio insieme che svolgono una chiara funzione strutturale. Il pentoso può essere un ribosio, che dà origine a un ribonucleoside, la struttura di base dell'RNA. D'altra parte, se il ribosio perde un atomo di ossigeno, si forma il desossiribosio, il pentoso che fa parte del desossiribonucleoside, la struttura principale del DNA.

2. Base di azoto

Come abbiamo detto prima, il pentoso e una base azotata danno origine a un ribonucleoside o deossiribonucleoside, ma cos'è una base? Le basi azotate sono composti organici ciclici che includono due o più atomi di azoto. in loro si trova la chiave del codice genetico, in quanto danno un nome specifico a ciascuno dei nucleotidi di cui fanno parte. Esistono 3 tipi di questi composti eterociclici:

Basi azotate puriniche: adenina (A) e guanina (G). Entrambi fanno parte sia del DNA che dell'RNA. Basi azotate pirimidiniche: citosina (C), timina (T) e uracile (U). La timina è unica per il DNA, mentre l'uracile è unica per l'RNA.

Basi azotate isoaloxacina: flavina (F). Non fa parte del DNA o dell'RNA, ma soddisfa altri processi.

Pertanto, se un nucleotide contiene una base di timina, viene chiamato direttamente (T). Le basi azotate sono quelle che danno i nomi a quelle sequenze che tutti abbiamo visto su qualche lavagna o materiale scientifico informativo ad un certo punto della nostra vita. Per esempio, GATTACA è un esempio di sequenza di DNA di 7 nucleotidi, ciascuno con una base che gli dà il nome..

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3. Gruppo fosfato

Abbiamo già il nucleoside completo, poiché abbiamo descritto il pentoso, che è legato da un legame glicosidico ad una delle basi A, G, C e T. Ora abbiamo solo bisogno di un composto per avere il nucleotide nella sua interezza: il gruppo fosfato.

Un gruppo fosfato lo è uno ione poliatomico composto da un atomo di fosforo centrale (P) circondato da quattro atomi di ossigeno identici in una disposizione tetraedrica. Questa combinazione di atomi è essenziale per la vita, poiché fa parte dei nucleotidi del DNA e dell'RNA, ma anche di quelli che trasportano l'energia chimica (ATP).

Nucleotide: nucleoside (base + pentoso) + gruppo fosfato

Decifrare la vita attraverso i nucleotidi del DNA

Tutte queste informazioni chimiche sono ottime, ma come le mettiamo in pratica? Bene, prima di tutto, dobbiamo tenerne conto ogni tre nucleotidi codificanti formano una frase diversa per fornire informazioni su ciascuno degli assemblaggi che danno origine a una proteina. Facciamo un esempio:

• ATT: adenina, timina e timina
• ATTI: adenina, citosina e timina
• ATA: adenina, timina e adenina

Queste tre sequenze nucleotidiche codificate nel nucleo del DNA della cellula contengono le istruzioni per assemblare l'aminoacido isoleucina, che è uno dei 20 aminoacidi utilizzati per la sintesi proteica funzionale. Chiariamo quanto segue: non è che le tre sequenze siano necessarie per assemblare isoleucina, ma che le tre sono intercambiabili perché codificano tutte per questo amminoacido (ridondanza).

Attraverso un processo che qui non ci riguarda molto, il macchinario cellulare esegue un processo chiamato trascrizione, per cui queste triplette di nucleotidi del DNA vengono tradotte in RNA. Poiché la timina base azotata non fa parte dell'RNA, ciascuna (T) deve essere sostituita da una (U). Pertanto, queste triplette di nucleotidi sarebbero così:

• AUU
• ACU
• WUA

Se la cellula richiede isoleucina, un RNA trascritto con una qualsiasi di queste tre triplette (ora chiamate codoni) viaggerà dal nucleo cellulare a i ribosomi del suo citosol, dove verrà dato loro l'ordine di integrare l'amminoacido isoleucina nella proteina che si sta costruendo in quel momento.

Attraverso questo linguaggio nucleotidico basato su basi azotate, possono essere generati un totale di 64 codoni., che codificano per i 20 aminoacidi necessari per costruire qualsiasi proteina negli esseri viventi. Va notato che, salvo rare occasioni, ogni amminoacido può essere codificato da 2,3,4 o 6 codoni differenti. Nel caso dell'isoleucina che abbiamo visto prima, ad esempio, sono valide tre possibili combinazioni di nucleotidi.

Le proteine ​​sono generalmente composte da 100 a 300 aminoacidi.. Pertanto, una proteina composta da 100 di esse, facendo calcoli, sarà codificata da 300 codoni (ogni tripletta di basi risponde ad un amminoacido, ricordiamo) che sarà il prodotto della traduzione di 300 nucleotidi di DNA presenti nel genoma del cellula.

Una breve spiegazione

Capiamo che tutta questa spiegazione improvvisa può essere un po' da capogiro, ma vi assicuriamo che con il similitudini che presentiamo di seguito, la funzione dei nucleotidi del DNA ti sarà più chiara del Acqua.

Dobbiamo vedere il DNA all'interno del nucleo della cellula come un'enorme biblioteca piena di libri. Ciascuno dei libri è un gene, che contiene (nel caso degli esseri umani) circa 150 lettere, che sono nucleotidi disposti per uno scopo specifico. Pertanto, ogni tre di queste lettere nucleotidiche formano una breve frase.

Un instancabile bibliotecario, in questo caso l'enzima RNA polimerasi della cellula sta cercando di trasformare le parole di uno dei libri in materiale tangibile. Bene, questo sarà incaricato di cercare il libro specifico, la frase specifica e, poiché le parole non possono essere avviate delle pagine (il DNA non può essere spostato dal core), copierà le informazioni rilevanti nella propria forma taccuino.

Le "frasi copiate" non sono altro che nucleotidi di DNA convertiti in nucleotidi di RNA, cioè codoni. Una volta che queste informazioni sono state trascritte (trascrizione), una macchina è pronta per assemblare le informazioni contenute in ciascuna delle parole di conseguenza. Questi sono i ribosomi, luoghi in cui le proteine ​​vengono sintetizzate da una sequenza di aminoacidi in un ordine specifico. Più facile così, vero?

Riepilogo

Come avrai notato, spiegare gli intricati processi codificati dal DNA è complesso quasi quanto capirli. Anche così, se vogliamo che tu mantenga un'idea concreta di tutto questo conglomerato terminologico, questo è il seguente: l'ordine dei nucleotidi presenti nel DNA degli esseri viventi codifica per la corretta sintesi delle proteine, che si traduce in vari processi metabolici e in ciascuna delle parti del nostro corpo che ci definiscono, poiché queste rappresentano il 50% del peso secco di quasi tutti i tessuti.

Pertanto, l'espressione del DNA (genotipo) attraverso i meccanismi cellulari dà origine ai nostri tratti. esterno (fenotipo), le caratteristiche che ci rendono ciò che siamo, sia individualmente che specie. A volte la spiegazione di fenomeni enormi sta nella comprensione di cose molto più piccole.

Riferimenti bibliografici:

• Acidi nucleici, Università di Valencia.
• Codice genetico, National Human Genome Research Institute (NIH).
• FOX KELLER, E. v. E. l. Y. N. (2005). Dalle sequenze nucleotidiche alla biologia dei sistemi. Scienze, (077).
• Spalvieri, MP. & Rotenberg, RG (2004). Medicina genomica: applicazioni del polimorfismo a singolo nucleotide e dei microarrays del DNA. Medicina (Buenos Aires), 64(6): pp. 533 - 542.