Bookshelf
5.1.2. I nucleotidi sono le unità monomeriche degli acidi nucleici
Punti di vista strutturali, acidi nucleici
offre una prospettiva tridimensionale sulla struttura dei nucleotidi, l’accoppiamento delle basi e altri aspetti della struttura del DNA e dell’RNA.
Un’unità costituita da una base legata ad uno zucchero è chiamata anucleoside. Le quattro unità nucleosidiche nell’RNA sono chiamate adenosina, guanosina, citidina euridina, mentre quelle nel DNA sono chiamate deossiadenosina, deossiguanosina, deossicitidina e timidina. In ogni caso, N-9 di una purina o N-1 dell’apirimidina è attaccato al C-1′ dello zucchero (Figura 5.5). La base si trova sopra il piano dello zucchero quando la struttura è scritta nell’orientamento standard; cioè, la configurazione del legame N-glicosidico è β. Un nucleotide è un nucleoside unito a uno o più gruppi fosfato da un legame estere. Il sito più comune di esterificazione nei nucleotidi presenti in natura è il gruppo idrossile attaccato al C-5′ dello zucchero. Un composto formato dall’attaccamento di un gruppo fosfato al C-5′ di uno zucchero nucleoside è chiamato un nucleoside5′-fosfato o un5′-nucleotide. Per esempio, l’ATP è adenosina 5′-trifosfato. Un altro nucleotide è la deossiguanosina 3′-monophosphate (3′-dGMP; Figura 5.6). Questo nucleotide differisce dall’ATP in quanto contiene guanina piuttosto che adenina, contiene deossiribosio piuttosto che ribosio (indicato dal prefisso “d”), contiene uno piuttosto che tre fosfati, e ha il fosfato esterificato al gruppo idrossile nella posizione 3′ piuttosto che 5′. I nucleotidi sono i monomeri che sono collegati per formare RNA e DNA. Le quattro unità nucleotidiche nel DNA sono chiamate deossiadenilato, deossiguanilato, deossicitidilato e deossitimidilato e timidilato. Si noti che il timidilato contiene deossiribosio; per convenzione, il prefisso deossi non viene aggiunto perché i nucleotidi contenenti timina si trovano solo raramente nell’RNA.
Figura 5.6
Nucleotidi Adenosina 5′ -trifosfato (5′-ATP) e deossiguanosina 3′-monophosphate (3′-dGMP).
Le notazioni abbreviate pApCpG o pACG denotano un trinucleotide di DNA costituito dai blocchi di desossiadenilato monofosfato, desossicitidilatemonofosfato e desossoguanilato monofosfato collegati da un ponte fosfodiesterico, dove “p” indica un gruppo fosfato (Figura 5.7). L’estremità 5′ avrà spesso un fosfato attaccato al gruppo 5′-OH. Nota che, come un polipeptide (vedi sezione 3.2), una catena di DNA ha polarità. Un’estremità della catena ha un gruppo 5′-OH libero (o un gruppo 5′-OH attaccato a un fosfato), mentre l’altra estremità ha un gruppo 3′-OH, nessuno dei quali è legato a un altro nucleotide. Per convenzione, la sequenza di basi è scritta nella direzione da 5′ a 3′. Così, thesymbol ACG indica che il gruppo 5′-OH non collegato è su deossiadenilato, whereasthe unlinked 3′-OH gruppo è su deossiguanilato. A causa di questa polarità, ACG e GCA corrispondono a composti diversi.
Figura 5.7
Struttura di una catena di DNA. La catena ha un’estremità 5′, che di solito è attaccata a un fosfato, e un’estremità 3′, che di solito è un gruppo idrossile libero.
Una caratteristica sorprendente delle molecole di DNA in natura è la loro lunghezza. La molecola di ADNA deve comprendere molti nucleotidi per trasportare l’informazione genetica necessaria anche per gli organismi più semplici. Per esempio, il DNA di un virus come il polyoma, che può causare il cancro in certi organismi, è lungo fino a 5100 nucleotidi. Possiamo quantificare la capacità di trasporto dell’informazione degli acidi nucleici nel modo seguente. Ogni posizione può essere una delle quattro basi, corrispondente a due bit di informazione (22 = 4). Così, una catena di 5100 nucleotidi corrisponde a 2 × 5100 = 10.200 bit, o 1275 byte (1 byte =8 bit). Il genoma di E. coli è una singola molecola di DNA composta da due catene di 4,6 milioni di nucleotidi, corrispondenti a 9,2 milioni di bit, o 1,15 megabyte, di informazioni (Figura 5.8).
Figura 5.8
Micrografia elettronica di parte del genoma di E. coli.
Le molecole di DNA degli organismi superiori possono essere molto più grandi. Il genoma umano comprende circa 3 miliardi di nucleotidi, suddivisi tra 24 distinte molecole di DNA (22 autosomi, cromosomi sessuali x e y) di diverse dimensioni. Una delle più grandi molecole di DNA conosciute si trova nel muntjak indiano, un cervo asiatico; il suo genoma è grande quasi quanto quello umano ma è distribuito su soli 3 cromosomi (Figura 5.9). Il più grande di questi cromosomi ha catene di più di 1 miliardo di nucleotidi. Se una tale molecola di DNA potesse essere completamente estesa, si estenderebbe per più di 1 piede di lunghezza.Alcune piante contengono molecole di DNA ancora più grandi.
Figura 5.9
Il Muntjak indiano e i suoi cromosomi. Le cellule di una femmina di muntjak indiano (a destra) contengono tre coppie di cromosomi molto grandi (colorati in arancione). La cellula mostrata è un ibrido contenente una coppia di cromosomi umani (colorati in verde) per il confronto. (Sinistra) (più…)