Strutture del DNA

1. Strutture del DNA

2. Cominciamo ora a vedere più da vicino la struttura del DNA e poi i processi che permettono di trasmettere, mantenere e modificare questa molecola da una generazione all’altra. • Cercheremo cioè di rispondere alle seguenti domande sulla molecola di DNA: • - Come può la struttura determinare la funzione? • Come può essere contenuta nel nucleo, date le sue dimensioni estremamente lunghe? • Come viene replicata in modo così accurato durante il ciclo cellulare? • Come viene protetta e riparata da danneggiamenti spontanei o ambientali? • Come si scambiano le sequenze fra cromosomi nei processi di ricombinazione?

3. Oggi sappiamo che la molecola di DNA è sottoposta sia a processi di conservazione (riparo del danno) che di cambiamento (evoluzione), oltre che a forze che tendono a: • - separarne i filamenti, • - contorcerla in strutture topologiche ben definite • avvolgerla attorno a proteine che generano strutture specifiche, o che rompono e richiudono la doppia elica. • Tutte queste operazioni sono mediate da enzimi e apparati molecolari specifici, che permettono la propagazione, il mantenimento e la modificazione del materiale genetico. • Cominciamo col vedere la struttura del DNA a livello atomico, la chimica delle basi, l’interazione fra le coppie di basi che tengono uniti i due filamenti, le costrizioni topologiche cui è sottoposto il DNA, gli effetti biologici di tali costrizioni e gli enzimi che le modificano.

11. Le varie forme del DNA

19. Confronto fra le forme A, B e Z Forma A Forma B Forma Z Senso dell’elica Destrorsa Destrorsa Sinistrorsa Diametro 26 Å 20 Å 18 Å Coppie basi/giro 11 10.5 12 Distanza fra le basi 2.6 Å 3.4 Å 3.7 Å Piegamento basi rispetto 20° 6° 7° alla normale all’asse Conformazione zucchero C3’-endo C2’-endo C2’-endo (Py) C3’-endo (Pu) Conformazione legame Anti Anti Anti (Py) N-glicosidico Syn (Pu)

23. Strutture dell’RNA

32. Topologia del DNA

33. Il DNA è una molecola flessibile, la cui struttura (e dinamica) dipende molto dalla forza ionica e dalla natura delle proteine con cui interagisce. Se la molecola è lineare e con terminali non vincolati, il numero di avvolgimenti di un filamento attorno all’altro può variare per rotazione reciproca. Se però la molecola è circolare chiusa, o le estremità sono vincolate, es. da interazioni con proteine, il numero di giri di un filamento attorno all’altro non può variare, ossia ha una topologia ben definita. Nonostante ciò, i due filamenti devono essere separati in molti processi, come replicazione e trascrizione. Capire la topologia del DNA e come la cellula possa modificarla a proprio vantaggio è di fondamentale importanza in biologia molecolare.