La stragrande maggioranza delle molecole di DNA in natura adotta una struttura elicoidale destrorsa, nota come DNA della forma B. Questa preferenza chirale, in cui la doppia elica ruota in senso orario, è stata osservata in vari organismi, dai batteri agli esseri umani. Sebbene esistano rari casi di DNA mancino, o Z-DNA, si verificano in condizioni specifiche e sono relativamente instabili rispetto alla forma destrorsa.

Le ragioni alla base della quasi esclusiva destrezza del DNA possono essere attribuite a una combinazione di fattori legati alla sua struttura molecolare, alla termodinamica e a considerazioni evolutive. Ecco diversi motivi principali:

1. Accoppiamento delle basi e legame a idrogeno:

Gli elementi costitutivi del DNA, i nucleotidi, sono costituiti da uno scheletro zucchero-fosfato e da basi azotate. L'accoppiamento di queste basi all'interno della doppia elica avviene attraverso legami idrogeno, formando coppie di basi come l'adenina (A) con la timina (T) e la citosina (C) con la guanina (G). La geometria e la disposizione di queste coppie di basi favoriscono naturalmente una struttura elicoidale destrorsa. Gli angoli e le distanze specifici tra le coppie di basi consentono interazioni ottimali di legame idrogeno e impilamento, che stabilizzano la conformazione destrorsa.

2. Interazioni della spina dorsale zucchero-fosfato:

Lo scheletro zucchero-fosfato del DNA contribuisce alla sua integrità strutturale e influenza la sua conformazione elicoidale. La molecola di zucchero desossiribosio nel DNA ha una conformazione leggermente increspata e il suo attaccamento ai gruppi fosfato crea una spina dorsale asimmetrica. Questa asimmetria favorisce un'elica destrorsa perché minimizza gli scontri sterici e consente interazioni elettrostatiche più favorevoli tra i gruppi fosfato caricati negativamente.

3. Termodinamica e stabilità:

È stato dimostrato che il DNA della forma B destrorsa è termodinamicamente più stabile rispetto ad altre potenziali conformazioni elicoidali. La geometria specifica e le interazioni all'interno dell'elica destrorsa ottimizzano l'impaccamento e riducono al minimo l'energia libera della molecola. Questa stabilità termodinamica contribuisce alla prevalenza del DNA destrorso come la forma strutturale più favorevole.

4. Interazioni proteina-DNA e specificità enzimatica:

Molte proteine ​​che interagiscono con il DNA, come gli enzimi coinvolti nella replicazione, trascrizione e riparazione, si sono evolute per riconoscere e legarsi alla struttura destrorsa del DNA. La specificità chirale di queste proteine ​​assicura adeguate interazioni con la molecola del DNA e facilita i processi cellulari essenziali. La prevalenza del DNA destrimano fornisce quindi un contesto molecolare coerente affinché il meccanismo cellulare possa funzionare in modo efficiente.

5. Considerazioni evolutive:

Nel corso dell’evoluzione, la struttura del DNA destrogiro potrebbe essere diventata fissa e dominante grazie alla sua stabilità e compatibilità con i processi cellulari. Una volta che la forma destrorsa si è affermata come conformazione predominante, il macchinario cellulare e i sistemi genetici si sono evoluti per riconoscere e utilizzare esclusivamente questa specifica chiralità. Questo pregiudizio evolutivo rafforza ulteriormente la prevalenza del DNA destrimano nei sistemi biologici.

Mentre le ragioni esatte per la quasi esclusiva manodestrinità del DNA sono complesse e possono coinvolgere una combinazione dei fattori di cui sopra, è chiaro che il DNA della forma B destrorsa fornisce le caratteristiche strutturali e funzionali ottimali per i sistemi biologici. Questa coerenza strutturale ha profonde implicazioni per l’immagazzinamento, la replicazione e gli intricati processi molecolari che sono alla base della vita.