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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I legami intemolecolari

Infine io vi parlerei dei legami intermolecolari...
Questi legami, al contrario di quelli visti prima, si creano tra molecole e sono tutti legami , o meglio interazioni, ''uniti'' dalle forze di attrazione tra cariche positive e negative.... in particolari queste forze, che riguardano molecole polari ma anche apolari, sono dette Forze di Van der Waals.


Quello che vedete a destra è un'interazione dipolo/dipolo ; questa si forma solo tra molecole polari che si stanziano a seconda delle cariche opposte presenti creando deboli campi magnetici che permettono l' ''unita'' della struttura della materia formata. Logicamente maggiori saranno le forze più la struttura sarà solida e difficile da scomporre.





Esiste poi, molto importante,il legame idrogeno che si presenta tra idrogeno e elementi molto elettronegativi, come fluoro o ossigeno.
Questo è simile all'interazione dipolo/dipolo ma molto più ''forte'' perchè l'idrogeno ha una forte carica positiva.
Logicamente questo spiega le proprietà dell'acqua, come l'alta viscosità o tensione superficiale ...





Infine esistono anche interazioni tra molecole non polari (dipoli istantanei):  piccolissime variazione di posizione degli elettroni provocano anche uno spostamento delle cariche positive o negative che permettono così di creare, momentaneamente, interazioni tra i vari dipoli .... queste forze sono dette forze di London.

  

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La geometria delle molecole

Bisogna sapere che le molecole, venute a formarsi come detto dai vari legami tra gli atomi, hanno diverse ''forme'' a seconda della quantità e della posizione delle cariche negative posizionate sui vari atomi.

In particolare io faccio riferimento alle molecole create da legami covalenti polari (quelle omopolari sono lineari, formate da cariche negative '' omogenee'' sulla struttura), in esse esiste appunto una differenza di cariche che , respingendosi (forze repulsive) danno alla molecola una struttura ben definita.

Esiste una teoria, quella del VSEPR che esprime (sicuramente in modo migliore) quanto ho detto sopra:

''gli atomi di una molecola di dispongono nello spazio, intorno a un atomo considerato centrale, in base alle forze repulsive che si stabiliscono fra le coppie di elettroni del livello si valenza (condivise o no) in modo da trovarsi il più lontano possibile tra loro''

Detto questo ci sono delle principali ''architetture'' molecolari :

• Lineare (180°) : quando ci sono due atomi legati all'atomo centrale con nessuna coppia di elettroni sull'atomo centrale non condivisa;
• Trigonale planare (120°) : quando tre atomi sono legati ad un atomo centrale  con nessuna coppia di elettroni non condivisa ;
• Angolare : quando due atomi sono legati ad un'altro centrale con una o più coppie di elettroni non condivise;
• Tetraedrica (109,5°): quattro diversi atomi sono  legati ad un atomo che non presenta cariche negative in più (questa struttura è quella del diamante, materiale conosciuto anche per essere quasi infrangibile );
• Piramidale a base trigonale (107° circa): questo si ha invece quando tre diversi atomi sono legati ad uno centrale che presenta due coppie di elettroni non condivise;

Infine se qualcuno fosse ancor di più interessato vi lascio il link di wikipedia riguardante l'argomento (molto più approfondito e pieno di esempi) ... QUI

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