LE ORIGINI
Nel 1870 il chimico
svizzero Miescher scoprì all’interno del nucleo di una cellula una
gigantesca molecola: l’acido
desossiribonucleico.
Nel 1953, due biochimici,
l’americano James Watson e l’inglese Francis Crick dimostrano che
la struttura della molecola di DNA è paragonabile a quella di una scala a
chiocciola; una sorta di spirale a forma di doppia elica
La molecola di DNA
costituisce i geni che sono allineati
nei cromosomi. Un gene è un
piccolo segmento di cromosoma che funziona come un archivio: contiene le
informazioni necessarie alla cellula per costruire una data proteina, la quale
determina o concorre determinare un certo carattere. E’ il segmento di DNA che
contiene le istruzioni per la formazione di un’intera proteina. L’insieme dei
geni contenuto nel nucleo di ogni cellula di un individuo costituisce il patrimonio
genetico.
La molecola di DNA è
formata da due lunghe catene unite tra loro e avvolte l’una con l’altra così da
formare una catena a doppia elica.
-
acido fosforico
-
il desossiribosio
(1 zucchero)
-
le basi azotate
Le basi azotate sono
Timina-Adenina, Citosina-Guanina. L’unione di una catena con l’altra per
formare la doppia elica del DNA, avviene per mezzo di legami tra basi azotate:
all’Adenina si accoppia sempre la Timina, alla Citosina sempre la Guanina.
In questo modo,
conoscendo la sequenza delle basi azotate di una catena, si può dedurre la
sequenza dell’altra.
Le funzioni del DNA sono:
-
l’autoduplicazione
-
la sintesi delle proteine
Prima che una cellula si
riproduca per mitosi, il DNA si duplica.
La mitosi è un processo attraverso il quale
da una cellula madre si
generano due cellule figlie
identiche a quella originaria. Le due catene del DNA si separano, rompendo i
legami tra le basi azotate. I due filamenti rimasti funzionano come uno stampo.
Ciascun filamento si lega con i nucleotidi liberi nel nucleo
cellulare secondo gli accoppiamenti fissi delle basi azotate per esempio
Timina- Citosina. In questo modo, grazie all’intervento di enzimi
specializzati, si formano due nuove molecole di DNA, perfettamente
identiche, ciascuna delle quali è formata da un filamento nuovo e uno vecchio.
Le proteine sono molecole
formate da una lunga catena di amminoacidi i
quali sono di 20 tipi diversi.
Quello che differenzia le
proteine è il numero e l’ordine in cui i singoli amminoacidi, combinati
diversamente, possono formare moltissime proteine diverse.
Il messaggio del DNA che si
chiama codice genetico, è determinato
dalla sequenza delle basi azotate nella sua catena. Il DNA si trova nei
cromosomi del nucleo della cellula. Le proteine, invece, vengono formate nel
citoplasma.
A trasferire le informazioni
del nucleo al citoplasma s'incarica l’RNA (acido
ribonucleico) molecola simile al DNA.
E’ una catena singola di
nucleotidi formata da una molecola di acido fosforico, uno di zucchero
(ribosio) e le 4 basi azotate: adenina, guanina, citosina e uracile, quest’ultima è rappresentata al posto
della timina.
L’RNA in questo caso
prende il nome di RNA messaggero.
Copia le istruzioni del DNA (trascrizione) e poi esce dal nucleo; raggiunto il
citoplasma l’RNA trasferisce le informazioni nei ribosomi dove vengono
sintetizzate le proteine.
Nel caso delle proteine,
ogni amminoacido è specificato da 3 basi azotate (tripletta).
Da circa 20 anni i
biologi hanno sviluppato la capacità di manipolare i geni copiando, modificando
e ricombinando parti di molecole di DNA d'origine diversa. Questa tecnologia,
detta del DNA ricombinante, ha comunque preso spunto dai modi in cui le
molecole di DNA si ricombinano senza interventi umani.
Il DNA di organismi
eucarioti, cioè dotati di un nucleo, si ricombina naturalmente ad ogni
generazione come risultato della meiosi (crossing over).
Nei procarioti la
ricombinazione può verificarsi in seguito:
-
la trasformazione
-
la coniugazione
-
la traduzione
Nel 1928, prima che
fossero noti l’importanza del DNA, il codice genetico ed i meccanismi della
genetica, Griffith scoprì che una coltura di batteri (Diplococcus Pneumoniae)
era sprovvista della capsula e poteva essere indotta a produrla con l’aggiunta
di un filtrato, privo di cellule, preparato da una coltura di un altro tipo di
batteri portatori di capsule. Soltanto 16 anni più tardi, si capiva che il
materiale presente nel filtrato della coltura, cioè il fattore trasformante,
responsabile della sintesi della capsula da parte dei batteri, era DNA.
LA CONIUGAZIONE
La
coniugazione, scoperta nel 1946, è un processo che avviene in natura in certi generi
di batteri, e consiste nel passaggio attivo di materiale genetico da una
cellula all’altra mediante il pilo sessuale.
Una cellula batterica può
contenere altre molecole di DNA più piccole, sempre circolari, dette plasmidi. Il plasmide è una piccola molecola di
DNA circolare distinta dal cromosoma batterico. I plasmidi si replicano in modo
indipendente.
Possono farlo in
sincronia con il cromosoma batterico, oppure, si replicano secondo un proprio
programma.
Le cellule batteriche che
sono in grado di effettuare il trasferimento contengono nel loro patrimonio
genetico un “fattore di fertilità” (F).
Le cellule donanti si
chiamano F 1. Questi elementi genetici sono capaci di trasferire una
parte e talvolta tutto il loro materiale genetico alle cellule riceventi che si
chiamano F 2 .
Esistono alcuni gruppi
particolari di virus, chiamati batteriofagi
o fagi, i quali possono attaccare i
batteri.
Durante questo attacco il
DNA virale, viene iniettato nelle cellule batteriche, le quali daranno origine
a nuove particelle virali. Alcuni di questi virus, noti come fagi temperati,
non portano a morte il batterio quando lo infettano, bensì possono trasportare
materiale genetico da una cellula all’altra.
I batteriofagi o fagi,
come vengono più semplicemente, sono quindi dei virus che utilizzano dei
batteri come loro cellule ospiti.
Gli enzimi di restrizione
sono enzimi batterici che scindono
il DNA
estraneo.
Differenti enzimi di
restrizione scindono il DNA in specifiche sequenze
nucleotidiche diverse.
L’uso di enzimi di
restrizione rende possibile l’inserimento di brevi
segmenti di DNA in plasmidi, e quindi produrre copie (cloni) dei frammenti desiderati.