L’informazione genetica di un organismo è immagazzinata in molecole di DNA. Come può un tipo di molecola contenere tutte le istruzioni per creare esseri viventi complicati come noi? Quale componente o caratteristica del DNA può contenere queste informazioni? Deve provenire dalle basi azotate, perché, come già sapete, la spina dorsale di tutte le molecole di DNA è la stessa., Ma ci sono solo quattro basi trovate nel DNA: G, A, C e T. La sequenza di queste quattro basi può fornire tutte le istruzioni necessarie per costruire qualsiasi organismo vivente. Potrebbe essere difficile immaginare che 4 diverse “lettere” possano comunicare così tante informazioni. Ma pensa alla lingua inglese, che può rappresentare un’enorme quantità di informazioni usando solo 26 lettere. Ancora più profondo è il codice binario utilizzato per scrivere programmi per computer. Questo codice contiene solo uno e zero e pensa a tutte le cose che il tuo computer può fare., L’alfabeto del DNA può codificare istruzioni molto complesse usando solo quattro lettere, anche se i messaggi finiscono per essere molto lunghi. Ad esempio, il batterio E. coli porta le sue istruzioni genetiche in una molecola di DNA che contiene più di cinque milioni di nucleotidi. Il genoma umano (tutto il DNA di un organismo) è costituito da circa tre miliardi di nucleotidi divisi tra 23 molecole di DNA accoppiate, o cromosomi.

Le informazioni memorizzate nell’ordine delle basi sono organizzate in geni: ogni gene contiene informazioni per realizzare un prodotto funzionale., L’informazione genetica viene prima copiata su un altro polimero di acido nucleico, l’RNA (acido ribonucleico), preservando l’ordine delle basi nucleotidiche. I geni che contengono istruzioni per la produzione di proteine vengono convertiti in RNA messaggero (mRNA). Alcuni geni specializzati contengono istruzioni per la produzione di molecole di RNA funzionali che non producono proteine. Queste molecole di RNA funzionano influenzando direttamente i processi cellulari; ad esempio alcune di queste molecole di RNA regolano l’espressione dell’mRNA., Altri geni producono molecole di RNA necessarie per la sintesi proteica, l’RNA di trasferimento (tRNA) e l’RNA ribosomiale (rRNA).

Affinché il DNA funzioni efficacemente nella memorizzazione delle informazioni, sono necessari due processi chiave. In primo luogo, le informazioni memorizzate nella molecola di DNA devono essere copiate, con errori minimi, ogni volta che una cellula si divide. Ciò assicura che entrambe le cellule figlie ereditano il set completo di informazioni genetiche dalla cellula madre. In secondo luogo, le informazioni memorizzate nella molecola di DNA devono essere tradotte o espresse., Affinché le informazioni memorizzate siano utili, le cellule devono essere in grado di accedere alle istruzioni per la produzione di proteine specifiche, quindi le proteine corrette sono fatte nel posto giusto al momento giusto.

Figura 1. Il DNA e ‘ a doppia elica. Grafico modificato da “DNA chemical structure” di Madeleine Price Ball, CC-BY-SA-2.0

Sia la copia che la lettura delle informazioni memorizzate nel DNA si basano sull’accoppiamento di base tra due filamenti polimerici di acido nucleico. Ricordiamo che la struttura del DNA è una doppia elica (vedi Figura 1).,

Lo zucchero desossiribosio con il gruppo fosfato forma l’impalcatura o la spina dorsale della molecola (evidenziata in giallo nella Figura 1). Le basi puntano verso l’interno. Le basi complementari formano legami idrogeno tra loro all’interno della doppia elica. Vedi come le basi più grandi (purine) si accoppiano con quelle più piccole (pirimidine). Ciò mantiene costante la larghezza della doppia elica. Più specificamente, A coppie con T e C coppie con G. Mentre discutiamo la funzione del DNA nelle sezioni successive, tenere presente che esiste una ragione chimica per l’accoppiamento specifico delle basi.,

Per illustrare la connessione tra le informazioni nel DNA e una caratteristica osservabile di un organismo, consideriamo un gene che fornisce le istruzioni per la costruzione dell’insulina ormonale. L’insulina è responsabile della regolazione dei livelli di zucchero nel sangue. Il gene dell’insulina contiene istruzioni per assemblare l’insulina proteica dai singoli amminoacidi. La modifica della sequenza di nucleotidi nella molecola del DNA può modificare gli amminoacidi nella proteina finale, portando a malfunzionamenti proteici., Se l ‘insulina non funziona correttamente, potrebbe non essere in grado di legarsi ad un’ altra proteina (recettore dell ‘ insulina). A livello organizzativo dell’organizzazione, questo evento molecolare (cambiamento della sequenza del DNA) può portare a uno stato di malattia—in questo caso, il diabete.

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