La duplicazione .. che meraviglia

Ed ecco che arriva la parte difficile.. spiegare uno dei processi più affascinanti e incredibili della natura.. la duplicazione del DNA.
Vediamo un po'.. innanzitutto bisogna sapere che la auto-riproduzione è un meccanismo importantissimo per quanto riguarda il materiale genetico, durante la duplicazione dei cromosomi infatti accade che i due filamenti del DNA si dividono e si uniscono ad un nuovo filamento identico al primo.


Detto così sembra facile vero? beh non è proprio così infatti per compiere la duplicazione il DNA ha bisogno di enzimi, ognuno adibito ad un compito particolare.
La duplicazione inizia con una sequenza di nucleotidi... il DNA passa attraverso un enzima, la DNA topoisomerasi, che ha il compito di ''raddrizzare'' i filamenti a doppia elica e viene poi separato da un altro enzima, la DNA elicasi, che muovendosi in direzione carbonio 5-3 separa i due filamenti, a cui per farli rimanere separati, si legano delle proteine chiamate ''single strand binding proteins'' (ma sì utilizziamo l'inglese)...(P.S Nelle cellule procariote l'origine della duplicazione avviene in un solo punto mentre nelle cellule eucariote avviene in più punti chiamati bolla di duplicazione)
Ed è dopo questa fase che inizia la DNA polimerasi: ai due diversi filamenti (logicamente di senso opposto) viene ''attaccato'' il così detto primer , che creato dalla DNA primasi occupa temporaneamente la parte destinata al nuovo filamento di RNA (di cui tra l'altro il primer è formato).

Dopo di questo la DNA polimerasi comincia il suo compito, essa agisce grazie all'energia creatosi dalla separazione di due gruppi fosfato,ma per far si che ci sia tutta l'energia necessaria però la DNA polimerasi può agire solo in direzione 5-3.. e l'altro filamento? La natura ha pensato anche a questo ... infatti viene duplicato a ritroso.
Quest'ultimo filamento, chiamato filamento in ritardo (l'altro è detto filamento guida) viene duplicato in maniera discontinua grazie a piccoli segmenti chiamati frammenti di Okasaki.
Infine esiste un' ultima fase chiamata DNA ligasi , dove i vari frammenti (primer e okasaki) vengono eliminati e sostituiti con il DNA finale.



Sembra un procedimento perfetto vero? beh ora vi stupirò.. anch' esso sbaglia, ma nel suo errore c'è la perfezione. Prendete per esempio degli organismi asessuati, per loro degli errori genetici sono una delle poche opzioni per la variabilità...
Comunque nella duplicazione del DNA esiste un modo per correggere i vari errori; il processo è chiamato proofreading: un'enzima (chiamato Uvr e composto da vari enzimi A,B,C e D) passando sul DNA quando trova delle basi azotati appaiate nel modo sbagliato fra loro  le corregge tagliandole e sostituendole con la base giusta.
Infine vi consiglio questa bellissima animazione che ci mostra tutto quello che ho appena''spiegato''.

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''Invito alla biologia plus'' Zanichelli

Immagini prese da:

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Una storia a doppia elica

Abbiamo visto come si è arrivati a capire il ruolo e la composizione del DNA.. ma come sono riusciti a capire come è strutturato?

James Dewey Watson e Francis Crick, due scienziati un po', come dire.. '' non particolarmente conosciuti'', si incontrarono agli inizi degli anni cinquanta a Cambridge... qui, ''spinti'' secondo alcuni da Maurice Wilkins, decisero di intraprendere degli studi sul misterioso DNA.

All'epoca ci furono numerose scoperte sull'argomento; ad esempio il mitico amante delle arance Linus Pauling, aveva in precedenza compreso, studiando le proteine, che esse avevano una struttura elicoidale.

Altra scoperta importante in quel periodo fu quella dei ''rivali'' Maurice Wilkins (si proprio quello di prima ) e la fantastica Rosalind Franklin che eseguendo studi sui raggi X erano riusciti a ''fotografare'' il DNA.... direi che questo studio facilitò molto  i due novelli scienziati ... ma su questo argomento molto più controverso e ''ingiusto'' ne approfitto per consigliare a tutti i post della mia cara amica Antinea che ha affrontato molto meglio l'argomento e ha affidato una medaglia di Sr riguardate la faccenda QUI .

Tra l'altro ad aiuto dei nostri due scienziati c'erano anche dei dati ottenuti dallo scienziato Chargaff  che dimostravano una proporzionalità tra basi azotate; infatti adenina-timina  e guanina-citosina  sono presenti con stessa quantità nel DNA.

Insomma grazie a tutti questi dati Watson e Crick capirono che una base azotata poteva legarsi solo con un' altra specifica base, essi considerarono la lunghezza dei legami (2 nm) che tra una purina e una pirimidina erano sempre costanti (adenina-timina e citosina-guanina) e l'unico modo per unire questi dati era quello di una doppia elica; inoltre trovarono che i due filamenti del DNA sono antiparalleli, uno ha come ''inizio'' il quinto atomo di carbonio del gruppo fosfato e l'altro il terzo atomo di carbonio del desossiribosio. 

Infine ci tengo a ricordare che il legame tra le varie basi azotate è un legame a idrogeno e che un giro completo di DNA è lungo 3,4 nm.

''Invito alla biologia plus.blu'' Zanichelli
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Esplorando in Learn Genetics

E passiamo al compito di oggi.... un esplorazione creativa del sito Learn Genetics.
Innanzitutto c'è da dire che il sito contiene una quantità di informazioni quasi commovente, per non parlare dei bellissimi laboratori virtuali che ti permettono di capire ,ad esempio, come si estrae il DNA o come funziona la polimerasi .
Le quantità di informazioni presenti nel sito sono veramente tantissime e sono riguardanti genetica e evoluzione: clonazione, cellule staminali, epigenetica, sono le poche informazioni presenti nel sito e, parlando sinceramente, non credo di avere la conoscenza necessaria per capirle pienamente...
In qualsiasi caso mi sono divertita molto con le animazioni e i ''minigiochi'' presenti per la maggior parte degli argomenti.
Passiamo però alla parte per noi interessante, il Dna; nel blog è presente un portale dedicato a questo..
Learn genetics però pensa anche alle persone che conoscono poco di genetica e per loro ha creato un ''tour'' (come dice il sito) tra le basi di questo campo scientifico .
Beh, che dire, questo sito è molto particolare, ''ben pensato'' e sicuramente è di gran aiuto a chiunque sia interessato in modo particolare alle scienze.

Alla scoperta del Dna

Vediamo un po' come iniziare...

L'acido desossiribonucleico o deossiribonucleico (DNA) è un acido nucleico che contiene le informazioni genetiche necessarie alla biosintesidi RNA e proteine, molecole indispensabili per lo sviluppo ed il corretto funzionamento della maggior parte degli organismi viventi.

                                                                                                                         Wikipedia

Beh immagino che questa definizione non vi serva a molto per capire...
Iniziamo in maniera cronologica:
Dopo gli studi del famoso Gregor Mendel, il padre della genetica, molti scienziati iniziarono a studiare  le modalità con cui è possibile trasmettere i caratteri ereditari.
Nello stesso periodo di questi giovani studi e della pubblicazione del trattato rivoluzionario di Darwin ''L' origine della specie'', il medico tedesco Friedrich Miescher, cominciava a studiare ''la base'' dell'ereditarietà.
Nel 1869 infatti Miescher , lavorando sulle ferite dei soldati, aveva iniziato degli studi sul ''pus'' (no, non deve essere stato particolarmente piacevole) trovando all'interno di esso una sostanza contenente fosforo e presente solo nei nuclei delle cellule, l'acido nucleico.

Negli anni successivi un'altro scienziato, Phoebus Levene, cominciò a studiare, dal punto di vista chimico, l'acido scoperto da Miescher; innanzitutto trovò che esistevano due tipi di acidi nucleici, il DNA (acido desossiribonucleico) e il RNA (acido ribonucleico). Il nostro caro Levene scoprì anche che il DNA è composto da nucleotidi (monomeri), dei composti formati da una base azotata, da desossiribosio e da un gruppo fosfato.
La parte che differenzia un monomero da un'altro sono le basi azotate, Levene ne trovo di quattro tipi: le purine, adenina e guanina, e le pirimidine, la citosina e la timina.

Negli anni seguenti alle scoperte di Levene gli scienziati volevano capire quale fosse la causa della trasmissione dell'ereditaria, i ''candidati'' erano DNA o proteine. Quest'ultima era l'ipotesi più convincente per gli scienziati anche perchè, studiando la loro composizione, avevano scoperto che le proteine erano composte da 20 amminoacidi, dando per cui una maggiore (giusto poca...) variabilità alla creazione di diverse proteine.

Nel 1952 però Alfred Day Hershey  e Martha Chase   riuscirono con il loro famoso esperimento a dimostrare che è il DNA e non le proteine a trasmettere i caratteri genetici.

I due scienziati conoscendo il fatto che il DNA contiene fosforo mentre le proteine contengono zolfo, iniettarono questi due elementi resi radioattivi in alcuni batteriofagi, gli Escherichia coli, composti solo da proteine e DNA, per capire se dopo la riproduzione, la prole presentava zolfo o fosforo radioattivo; beh direi che la risposta la conosciamo già infatti le cellule creatosi dopo la riproduzione degli Escherichia coli presentava solo fosforo radioattivo, dimostrando così che il DNA è il responsabile dell'ereditarietà.

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