struttura del DNA mappa concettuale

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Il DNA è la molecola che contiene l'informazione genetica di tutti gli organismi cellulari. La sua struttura a doppia elica, descritta da Watson e Crick nel 1953 grazie anche ai dati di Rosalind Franklin, si basa su nucleotidi formati da zucchero, gruppo fosfato e basi azotate. L'appaiamento complementare adenina-timina e guanina-citosina consente la replicazione semiconservativa e la trasmissione dell'informazione ereditaria.

La doppia elica e la sua scoperta
Nel 1953 James Watson e Francis Crick proposero il modello a doppia elica del DNA, pubblicato su Nature. Il modello si basava in parte sulle immagini di diffrazione a raggi X ottenute da Rosalind Franklin e Raymond Gosling nel laboratorio di Maurice Wilkins, oltre ai dati di Erwin Chargaff sulle proporzioni delle basi. La struttura prevede due filamenti antiparalleli avvolti l'uno attorno all'altro, con lo scheletro zucchero-fosfato all'esterno e le basi rivolte verso l'interno. Questa architettura spiegava subito come il DNA potesse essere copiato con precisione, perché ogni filamento funge da stampo per l'altro.

Appaiamento complementare e regole di Chargaff
Le basi azotate si dividono in purine (adenina e guanina, a doppio anello) e pirimidine (citosina e timina, a singolo anello). Nella doppia elica l'adenina si appaia sempre con la timina tramite due legami idrogeno, mentre la guanina si appaia con la citosina tramite tre legami idrogeno. Le analisi di Erwin Chargaff avevano mostrato che nel DNA la quantità di adenina è simile a quella di timina e la quantità di guanina simile a quella di citosina. Poiché le coppie A-T e G-C hanno dimensioni simili, questo appaiamento mantiene costante il diametro della doppia elica lungo tutta la molecola.

Dal DNA alla cromatina
Nel nucleo delle cellule eucariotiche il DNA non è libero, ma è organizzato in modo gerarchico. Il filamento si avvolge attorno a complessi proteici chiamati istoni, formando i nucleosomi, che rappresentano l'unità fondamentale della cromatina. La cromatina può essere meno condensata (eucromatina), generalmente accessibile alla trascrizione, oppure molto condensata (eterocromatina). Durante la divisione cellulare la condensazione aumenta ulteriormente e si formano i cromosomi visibili al microscopio. Nei procarioti il DNA è invece circolare e si trova nel nucleoide, senza una membrana nucleare che lo separi dal citoplasma.

Replicazione semiconservativa
La replicazione del DNA è definita semiconservativa perché ogni molecola figlia conserva un filamento parentale e ne contiene uno nuovo. Dopo la separazione dei due filamenti, la DNA polimerasi aggiunge nucleotidi complementari seguendo la direzione 5'-3'. Poiché i filamenti sono antiparalleli, la sintesi procede in modo continuo su un filamento e in frammenti (frammenti di Okazaki) sull'altro. L'esperimento di Meselson e Stahl del 1958 confermò questo meccanismo. Errori durante la replicazione possono dare origine a mutazioni, che sono variazioni della sequenza di nucleotidi.