Acidi nucleici sono una delle quattro classi di biomolecole essenziali che costituiscono le cellule viventi, insieme a proteine, carboidrati e lipidi. A differenza degli altri tre, il DNA e l'RNA non servono come fonte di energia diretta per gli organismi, motivo per cui non li troverai elencati sulle etichette nutrizionali.
Il DNA e l'RNA fungono da sistemi di archiviazione e trasporto dell'informazione genetica. Il DNA nel nucleo di quasi ogni cellula forma i cromosomi, analogamente al disco rigido di un computer che contiene il sistema operativo completo. L'RNA messaggero (mRNA), d'altro canto, trasporta il codice di una singola proteina, simile a una pen drive che trasporta un file critico al ribosoma per la traduzione.
Gli acidi nucleici sono polimeri di nucleotidi, ciascuno comprendente uno zucchero pentoso, un gruppo fosfato e una base azotata. Nell'RNA lo zucchero è il ribosio; nel DNA è il desossiribosio. Mentre i nucleotidi tipicamente trasportano un singolo fosfato, molecole come l'ATP (adenosina trifosfato) possono contenere più fosfati e sono fondamentali per il trasferimento di energia cellulare.
Il ribosio contiene un gruppo ossidrile (-OH) al carbonio 2, mentre il desossiribosio lo sostituisce con un atomo di idrogeno, conferendo al DNA una struttura più stabile. Anche le basi azotate differiscono:il DNA utilizza adenina (A), citosina (C), guanina (G) e timina (T); L'RNA sostituisce la timina con l'uracile (U).
Il DNA immagazzina il modello genetico permanente che governa la funzione cellulare e l’ereditarietà. L'RNA, in particolare l'mRNA, estrae queste informazioni e le consegna ai ribosomi dove vengono sintetizzate le proteine, consentendo l'esecuzione dei processi cellulari.
Le purine (A, G) hanno due anelli fusi; le pirimidine (C, T nel DNA, C, U nell'RNA) hanno un anello. L'accoppiamento complementare, A con T (o U nell'RNA) e C con G, garantisce il corretto allineamento e la stabilità della doppia elica.
L’iconico modello a doppia elica, descritto da Watson e Crick nel 1953, valse loro un premio Nobel, mentre il lavoro di diffrazione dei raggi X di Rosalind Franklin fu fondamentale per la scoperta. La forma elicoidale riduce al minimo lo sforzo energetico, consentendo alla struttura principale zucchero-fosfato e alle interazioni delle coppie di basi di coesistere in modo ottimale.
I filamenti di DNA alternano unità di fosfato e di zucchero, legate da legami fosfodiesterici che si formano quando il fosfato 5' di un nucleotide si attacca all'ossidrile 3' del successivo. Questa spina dorsale fornisce integrità strutturale mentre le basi sono rivolte verso l'interno, formando coppie complementari tra i due filamenti.
L’RNA è a filamento singolo, privo di un partner complementare. Ciò gli consente di ripiegarsi in diverse strutture secondarie (anelli, steli e forcine) consentendo ruoli versatili che vanno oltre il semplice trasferimento di informazioni.
Data la sequenza del DNA AAATCGGCATTA , la presenza di timina conferma che si tratta di DNA. Il suo filone complementare si leggerebbe TTTAGCCGTAA . La trascrizione dell'mRNA corrispondente rispecchierebbe il DNA complementare ma sostituirebbe la timina con l'uracile, producendo UUUAGCCGUAA .
La replicazione inizia quando la doppia elica si separa, esponendo i singoli filamenti. Ciascun filamento modello guida la sintesi di un nuovo filamento complementare in direzioni opposte:i filamenti principali crescono continuamente, mentre i filamenti ritardati formano frammenti di Okazaki che vengono successivamente uniti, risultando in due doppie eliche antiparallele.
La trascrizione richiede anche la separazione del filamento di DNA. La RNA polimerasi sintetizza un pre‑mRNA che contiene sia introni che esoni. Lo splicing rimuove gli introni, collegando gli esoni in un mRNA maturo che codifica per una singola proteina. La trascrizione matura esce dal nucleo e si associa ai ribosomi per iniziare la traduzione.
Gli acidi nucleici non possono servire come fonti di energia ma vengono sintetizzati de novo dai nucleosidi o degradati in basi, che alla fine formano acido urico. La corretta scomposizione delle purine è fondamentale per la salute; un catabolismo alterato porta alla gotta a causa della deposizione di cristalli di urato.
