Struttura secondaria del DNA
La struttura tridimensionale del DNA è stata oggetto di un intenso sforzo di ricerca tra la fine degli anni 40 e l’inizio degli anni 50. Il lavoro iniziale rivelò che il polimero aveva una struttura ripetitiva regolare. Nel 1950, Erwin Chargaff della Columbia University dimostrò che la quantità molare di adenina (A) nel DNA era sempre uguale a quella di timina (T). Allo stesso modo, dimostrò che la quantità molare di guanina (G) era uguale a quella di citosina (C). Chargaff non trasse conclusioni dal suo lavoro, ma altri lo fecero presto.
All’Università di Cambridge nel 1953, James D. Watson e Francis Crick annunciarono di avere un modello della struttura secondaria del DNA. Usando le informazioni degli esperimenti di Chargaff (così come altri esperimenti) e i dati degli studi sui raggi X di Rosalind Franklin (che coinvolgevano chimica, fisica e matematica sofisticate), Watson e Crick lavorarono con modelli che non erano dissimili da un set di costruzioni per bambini e alla fine conclusero che il DNA è composto da due catene di acido nucleico che corrono antiparallele l’una all’altra – cioè, fianco a fianco con l’estremità 5′ di una catena accanto all’estremità 3′ dell’altra. Inoltre, come il loro modello ha mostrato, le due catene sono attorcigliate per formare una doppia elica – una struttura che può essere paragonata a una scala a spirale, con i gruppi fosfato e zucchero (la spina dorsale del polimero dell’acido nucleico) che rappresentano i bordi esterni della scala. Le basi puriniche e pirimidiniche sono rivolte verso l’interno dell’elica, con la guanina sempre opposta alla citosina e l’adenina sempre opposta alla timina. Queste specifiche coppie di basi, chiamate basi complementari, sono i gradini, o pedate, nella nostra analogia della scala (Figura \PageIndex{2}}).
La struttura proposta da Watson e Crick ha fornito indizi sui meccanismi con cui le cellule sono in grado di dividersi in due cellule figlie identiche e funzionanti; come i dati genetici vengono passati alle nuove generazioni; e anche come le proteine vengono costruite secondo le specifiche richieste. Tutte queste capacità dipendono dall’accoppiamento di basi complementari. La figura \PageIndex{3} mostra le due serie di coppie di basi e illustra due cose. Primo, una pirimidina è accoppiata con una purina in ogni caso, così che le dimensioni lunghe di entrambe le coppie sono identiche (1,08 nm).
Se due pirimidine fossero accoppiate o due purine fossero accoppiate, le due pirimidine occuperebbero meno spazio di una purina e una pirimidina, e le due purine occuperebbero più spazio, come illustrato nella Figura \PageIndex{4}\. Se questi accoppiamenti dovessero mai verificarsi, la struttura del DNA sarebbe come una scala fatta con scale di diversa larghezza. Affinché i due filamenti della doppia elica si adattino perfettamente, una pirimidina deve essere sempre accoppiata con una purina. La seconda cosa che dovresti notare nella Figura \PageIndex{3} è che l’accoppiamento corretto permette la formazione di tre casi di legame a idrogeno tra guanina e citosina e due tra adenina e timina. Il contributo additivo di questo legame a idrogeno conferisce grande stabilità alla doppia elica del DNA.
