Il DNA. "Una catena lunga una vita".

Breve "dizionario":

Sintesi:         (in questo caso proteica) è il processo attraverso il quale le informazioni genetiche vengono                       
                    convertite in proteine necessarie alla funzione dell'organismo.
Proteina:       le proteine costituiscono la parte fondamentale dell'informazione genetica, sono composti di
                    aminoacidi legati attraverso legami peptidici.

Polimero:      polimero è una molecola dall'elevato peso molecolare costituita da gruppi uguali legati grazie a      
                    un legame covalente.
Monomero:  un monomero è l'unità elementare che costituisce un polimero.


Il DNA è ciò che contiene le istruzioni di base per la creazione di un individuo; più precisamente contiene le informazioni necessarie alla sintesi delle proteine.

L'acido desossiribonucleico è un polimero organico costituito da monomeri detti nucleotidi.

Nucleotide:
Un nucleotide è un monomero costituito da tre componenti: una base azotata, uno zucchero a cinque atomi di  carbonio e un gruppo fosfato.

Nucleotidi con primidina e purina.

Le basi azotate sono di due tipi:       le purine e le primidine,
ci sono due tipi di purine:                l'adenina e la guanina,
e due tipi di primidine:                    la citosina e la timina

I quattro tipi di basi azotate.

La sequenza dei nucleotidi forma una catena larga dai 2,2 ai 2,6 nanometri; e costituisce un polimero che può   avere lunghezza molto elevata.
Il DNA si presenta come una coppia di filamenti intrecciati tra loro a doppia elica; possiamo immaginarlo come una lunga scala a pioli con due montanti.
I montanti della scala corrispondono a una sequenza di molecole di zucchero e fosfato alternate.
I pioli invece sono formati da due basi azotate appaiate: adenina+timina o guanina+citosina.
Una purina può accoppiarsi solo a una primidina e viceversa, per avere una lunghezza di 2,2 nanometri.
I nucleotidi possono essere disposti in qualunque ordine, ciò garantisce variabilità dei polimeri, dato che la molecola di DNA può essere lunga migliaglia di nucleotidi.

Le basi appaiate sono complementari, perciò l'adenina può appaiarsi solo con la timina mediante due legami a idrogeno e la citosina solo con la guanina con tre legami a idrogeno.

I filamenti del DNA hanno una direzione: in ciascun "montante della nostra scala" ogni gruppo fosfato è preceduto e seguito da una molecola di zucchero.
Da una parte il gruppo fosfato si lega al quinto(5') atomo della molecola di zucchero e dall'altra si unisce al terzo(3') atomo di carbonio del suo anello.
Quindi ogni filamento ha un estremità 5' e una 3' che terminano rispettivamente con un gruppo fosfato e con un gruppo ossidrilico.
All'interno della doppia elica i due filamenti corrono in senso opposto: le estremità hanno direzioni opposte, quindi i filamenti sono antiparalleli.

Storia della biologia.

Alcune tappe fondamentali della storia della biologia:

1859    Darwin pubblica "L'origine della specie" in cui illustra le teorie dell'evoluzione.
1865    Mendel pubblica i risultati delle sue ricerche sui piselli. E' dimostrato che il patrimonio genetico        
            è formato da unità indipendenti che si ricombinano a ogni generazione.
1869    il medico tedesco Friedrich Miesher isola per la prima volta l'acido deossiribonucleico (DNA)
1882    Walter Flemming scopre i cromosomi
9071    Thomas Hunt Morgan scopre che i cromosomi sono sequenze di informazioni genetiche.
1910    Morgan dimostra l'esistenza del gene come responsabile dei caratteri ereditari.
1915    Morgan dimostra che la mutazione di un solo gene può avere effetti su diverse altre parti del

            fenotipo.

1924    Oparin pubblica "l'origine della vita".
1927    Muller dimostra che i raggi x provocano mutazioni genetiche.
1941    Beadle e Tatum pubblicano il loro lavoro sulla neurospora.
            Si scopre che il patrimonio genetico determina le caratteristiche ereditarie attraverso la sintesi      
            proteica.
1944    Avery, Mac Leod e Mac Carty dimostrano che il responsabile dell'informazione genetica non è la                        
            proteina ma il DNA.
1953    Waston e Crick chiariscono la struttura a doppia elica del DNA.
            Muller ottiene per sintesi i primi amminoacidi.
1956    Kornberg riproduce in vitro il modello a doppia elica del DNA
1961    Francois, Jacob e Jaques Monod scoprono che l'RNA è messaggero copia del DNA e permette la
            produzione delle proteine.
1972    Berg crea la prima molecola di DNA ricombinante.
            Nasce l'ingegneria genetica.
1977    Inizia la produzione di ormoni umani attraverso la tecnica del DNA ricombinante.
1978    Viene clonato il gene umano dell'insulina.
1982    Viene prodotta per la prima volta con la tecnica del DNA ricombinante insulina umana da
            somministrare ai diabetici.
1986    In Inghilterra viene giudicato colpevole il primo criminale in base al test del DNA.
1987    Inizio della coltivazione delle piante trasgeniche (OGM)
1990    Primo trapianto di terapia genica per curare un bambino affetto da immunodeficienza ereditaria.
1997    Nasce Dolly, il primo animale clonato.
2001    Sequenziamento delle 3,2 miliardi di basi azotate del DNA umano.

Lotteria gametica.

A volte ci si sente tristi, arrabbiati, sfortunati; a volte non siamo soddisfatti della nostra vita;  semplicemente dimentichiamo che la fortuna è stata dalla nostra parte, che abbiamo avuto un dono di grande valore, grandioso, immenso: la vita. Si, perchè pochissime, ma proprio pochissime erano le possibilità che nascessimo proprio noi, così come siamo; è a questo che si dovrebbe pensare quando si è tristi, che siamo stati fortunatissimi perchè a leggere queste parole siamo proprio noi, e non una delle tantissime altre possibilità.

Infatti ognuno dei due gameti fornisce 

     23 cromosomi,                                                   perciò 

     2²³ possibilità diverse (8.388.608)                       che forniscono lo spermatozoo e l'uovo quindi

     2²³ X 2²³ combinazioni(70.368.744.177.664)

Elogio alla lotteria gametica:

se stai leggendo questa poesia

mi congratulo con te, chiunque tu sia

se ancora non lo sai, sei un grande campione

della più importante lotteria il vincitore.

 

Le cellule con a meiosi si sono date un gran da fare

per il materiale genetico rimescolare

ben ventitrè cromosomi ciascuno

i due gameti han fornito ognuno.

Poi se conti le combinazioni quante sono

sappi che dalla natura hai avuto un gran bel dono

su una cifra di quattro alla ventitrè

beh, che fortuna, sei nato proprio te.

La scoperta della doppia elica.

I due scienziati Watson e Crick

I due scienziati che hanno scoperto la struttura molecolare del DNA sono tra i più famosi e (forse) tra i più criticati personaggi della storia della biologia.

I protagonisti di questa storia sono un americano e un inglese; uno un biologo, l'altro un fisico che lavorava al proprio dottorato; i due ricercatori sono stati tanto fortunati quanto insolenti e sfacciati.
Si incontrarono al Cavendish Laboratory e cominciarono a lavorare, più o meno per caso, alla struttura del DNA.

Maurice Wilkins

Parallelamente altri due personaggi sono alla ricerca della struttura del materiale genetico, sono Maurice Wilkins e Rosalind Franklin; che erano stati affiancati dal capo del loro laboratorio di Londra; la loro "relazione" lavorativa non era però delle più favorevoli: Rosalind si riteneva indipendente, mentre il suo collega la considerava una propria subordinata; di questo conflitto approfittarono i due scienziati.


La Franklin era una donna brillante, tanto da iniziare a studiare la struttura del DNA tramite l'uso dei raggi x; è proprio lei che ha dato di più tra tutti i personaggi di questa storia (e che ci ha anche rimesso di più); fu grazie ai suoi studi e ai suoi dati che si scoprì la struttura elicoidale.

In quel perieodo non si poteva (moralmente) lavorare (quindi competere) contemporaneamente sugli stessi studi; perciò il "superiore" di Watson e Crick vietò loro di lavorare al DNA per rispetto del capo di Franklin e Wilkins. Fu anche per questo motivo che i due scienziati presero senza permesso i dati dei loro "avversari" e lavorarono al progetto in segreto.

Così, senza effettuare alcun esperimento, sfruttando dati e sforzi di altri ricercatori l'inglese e l'americano dopo due anni di deduzioni casualmente azzeccate e di maneggi con fil di ferro e cartone riuscirono a far combaciare tutte le informazioni e i dati fino a quel momento disponibili (erano numerosi) in un modello fisico della struttura del DNA e lo presentarono al loro capo.

Quest'ultimo si infuriò, ma fu costretto a accettare il fatto che fosse una grande scoperta. Perciò i capi dei laboratori dei nostri quattro scienziati fecero pubblicare i risultati sulla prestigiosa rivista "nature".

Ci fu un solo fattore privo di basi sperimentali, ovvero le due eliche erano antiparallele; fu dimostrata la veridicità di questa disposizione dagli esperimenti di Kornberg.

I tre uomini: Watson, Crick e Wilkins ricevettero il premio nobel due anni dopo la morte (a causa di un tumore) di Rosalind Franklin, che più di tutti aveva contribuito alla scoperta del modello del DNA.

Rosalind Franklin

Watson, nella sua autobiografia "La doppia elica" definisce Rosalind come donna bisbetica, terribile, non attraente e gelosa del suo lavoro, quando solo grazie ai suoi studi si riuscì a "concepire" la forma fisica del materiale genetico.
Inoltre Watson ha appoggiato tesi omofobe e razziste, come l'appoggio dell'aborto da parte della madre nel caso ci fosse stato un figlio con un gene che determina l'omosessualità o l'affermazione secondo la quale "i neri sono meno intelligenti dei bianchi".



(Qui) l'articolo sulla scoperta della doppia elica di Wired.
(Qui) La tesi per la contesa della medaglia di Sr di Antinea.

"Il sogno di una cellula è diventare due cellule" Le parole chiave della riproduzione cellulare.

"Tutte le scoperte derivano da osservazioni microscopiche e dalla costatazione che una cellula è sempre figlia di un' altra cellula."

"Il sogno di una cellula è diventare due cellule"   (Jacques Monod)

Questo processo di divisione cellulare prende il nome di mitosi; se la creazione di una nuova cellula avviene tra due diverse cellule il processo prende il nome di meiosi. Vi è un grande vantaggio nella riproduzione tra due cellule, la meiosi infatti garantisce variabilità che, a sua volta, diminuisce le possibilità di essere attaccati da batteri. Vi è anche uno svantaggio, però; infatti le cellule figlie avrebbero un doppio DNA, quindi un accumulo di informazioni non necessarie; per impedirlo le cellule madri dimezzano il proprio DNA.

Negli individui tutte le cellule sono diploidi, ad eccezione delle uova e degli spermatozoi che sono aploidi; queste cellule si chiamano gameti e formano lo zigote.


Le parole chiave della riproduzione cellulare:

MITOSI
La mitosi è a riproduzione per divisione equazionale di una cellula eucariote, per le cellule procariote il termine esatto è scissione binaria.
il termine mitosi deriva dal greco mitos(filo) per la forma filiforme che assumono i cromosomi durante la metafase.

La mitosi riguarda tutte le cellule dell'organismo (somatiche) fuorchè quelle che hanno funzione riproduttiva (spermatozoi e uova) che vanno incontro alla meiosi.

La mitosi è molto simile alla meiosi, si distinguono per il fatto che la mitosi forma due cellule diploidi con lo stesso numero di cromosomi che presenta la cellula madre, invece nella meiosi si formano quattro cellule aploidi con il corredo cromosomico dimezzato.


MEIOSI 
La meiosi è un processo di divisione mediante il quale una cellula eucariota con corredo cromosomico diploide dà origine a quattro cellule con corredo cromosomico aploide.

Ovvero una cellula madre dà origine a quattro cellule figlie, tutte diverse tra loro. Al contrario della mitosi in cui si ha la riduzione del corredo in doppia copia al corredo in semplice copia, tramite il crossing over (incrocio-esterno), si ha lo scambio e la ricombinazione genetica, che sta alla base dell'evoluzione.

La meiosi è fondamentale nella riproduzione sessuale, la ricombinazione dell'informazione genetica proveniente dalle cellule di due organismi differenti produce risultati diversi.

Ogni genitore fornisce un corredo cromosomico semplice (aploide - dimezzato); la fusione dei due corredi dimezzati e rimescolati ricostituisce il corredo intero e dà origine a una nuova singola cellula, detta zigote.


CROSSING-OVER
Il crossing-over è il meccanismo di ricombinazione del materiale genetico proveniente dai due genitori che permette una maggiore varietà di prodotti nella riproduzione sessuata.
Tale meccanismo riguarda lo scambio di porzioni omologhe di materiale genetico che si verifica tra due cromatidi appartenenti a due cromosomi diversi.


GAMETE
Un gamete è una cellula riproduttiva matura. Quasi tutti gli eucarioti presentano due tipi di gameti: maschile(spermatozoo) o femminile(uovo). I gameti hanno corredo cromosomico aploide, cioè dimezzato, atto all'unione con un altro gamete.
Al momento della fecondazione i due gameti mettono in comune i due corredi e ricostituiscono il corredo diploide del nuovo individuo.


CROMOSOMI
I cromosomi sono la forma sotto la quale si presenta il DNA in una cellula. Se srotolassimo il filamento di DNA contenuto in una cellula otterremmo un filo più lungo di due metri.
L'uomo possiede 23 coppie di cromosomi in ogni cellula, ovvero 46 cromosomi. I componenti di ciascuna coppia contengono gli stessi geni e ciascun componente è chiamato omologo. E' da precisare che il numero di cromosomi non è legato alla complessità dell'organismo.

GENE
Il gene è l'unità ereditaria fondamentale degli organismi viventi.
I geni corrispondono a porzioni di codice genetico localizzate in precise posizioni al centro della sequenza e contengono tutte le informazioni necessarie alla riproduzione di un individuo.
I geni sono contenuti e organizzati all'interno dei cromosomi.

L'esistenza dei geni fu ipotizzata per la prima volta da Gregor Mendel, considerato il padre della genetica, che studiò l'ereditarietà delle piante di pisello e teorizzò la presenza di fattori i grado di determinare alcuni caratteri delle piante studiate.

Differenza tra procarioti e eucarioti.

Prima di definire la differenza tra organismi procarioti ed eucarioti è necessario sapere, almeno a grandi linee, cos'è una cellula.

La cellula (dal latino, piccola camera) è l'unità morfofunzionale, cioè di forma e di funzione, degli organismi viventi, la più piccola struttura ad essere classificabile come vivente.   (Wikipedia)

Possiamo affermare semplicemente che la cellula è il prerequisito di base di ogni essere vivente.

Ci sono diversi tipi di cellule, che svolgono varie funzioni; ma tutte le varietà  hanno in comune il fatto di essere chiuse e autosufficienti, in grado di trasformare il nutrimento in energia, di svolgere precise funzioni e riprodursi. Infatti tutte le cellule contengono al loro interno il materiale genetico, eseguono precise reazioni chimiche (attività metaboliche)  e sono circondate da una membrana esterna che ha sempre la stessa struttura di base.


La principale divisione tra tipi di cellule è la differenziazione tra procariote e eucariote:

EUCARIOTI                                                                     PROCARIOTI
- Possiedono un involucro cellulare che separa                   - Hanno il DNA libero nel citoplasma che si trova in 
  il DNA dal resto della cellula                                             una regione definita detta nucleoide.

- Presentano più molecole di DNA non circolare                 - La molecola di DNA è di forma circolare e di 
  organizzato in cromosomi                                                 dimensioni ridotte rispetto agli eucarioti.

- Ha ordine di dimensione di decine di micrometri               - Ha ordine di grandezza di pochi micrometri

- Presenta organelli rivestiti da membrana                          - Non presenta organelli

- Si divide per mitosi                                                         - Si divide per meiosi.