DNA

Il DNA, insieme all'RNA, è un tipo di acido nucleico (molecola organica che si trova nella cellula, in particolare nel nucleo), ossia l'acido desossiribonucleico.

Esso è una lunga catena a forma di doppia elica, quindi formata da due filamenti. E' capace sia di trascriversi, ossia di trasferire l'informazione genetica all'RNA, sia di replicarsi, cioè di duplicarsi, separando i due filamenti, ognuno dei quali costituisce una nuova molecola di DNA insieme ad un nuovo filamento.

Il DNA è formato dai nucleotidi, ognuno di essi a loro volta formato da: un gruppo fosfato (PO4 3-) la cui funzione è quella di tenere uniti i diversi nucleotidi, formando un legame fosfodiesterico tra due molecole di zucchero, essendo legato al carbonio 3 di una molecola e al carbonio 5 dell'altra, e un nucleoside. Il nucleoside a sua volta è formato da: una molecola di zucchero desossiribosio (formata da 5 atomi di carbonio, il cui secondo è legato ad un idrogeno, H), e da una base azotata. Questi ultimi due sono uniti da un legame glicosidico.

Esistono 5 tipi di basi azotate: guanina(G), citosina(C), timina(T), adenina(A) e uracile(U), quest'ultimo presente solo nell'RNA. Ognuna di queste basi può essere unita ad una ed una sola altra base: la guanina con la citosina(G-C), unite da 3 legami idrogeno; la timina con l'adenina(T-A), unite da 2 legami idrogeno. Il legame idrogeno è un legame di tipo elettrostatico che si forma tra un atomo di idrogeno e un altro atomo molto elettronegativo. La guanina e l'adenina sono delle basi puriniche, ossia formate da un doppio anello, uno a forma di pentagono e uno a forma di esagono. La citosina e la timina sono delle basi pirimidiniche, ossia formate da un singolo anello a forma di esagono.

Nel 1953 Watson e Crick scoprirono, mediante una fotografia a raggi x (radiazioni ionizzanti che hanno un potere di penetrazione molto elevato), la struttura a doppia elica del DNA, chiamata forma B. Nello stesso periodo Chargaff, biochimico austriaco, notò che in ogni molecola di DNA erano presenti quantità uguali di G-C e T-A. Grazie a queste scoperte si arrivò alla conclusione che il DNA era formato da due lunghe catene polinucleotidiche unite e stabilizzate tramite legami idrogeno, avvolte nello spazio attorno ad un asse immaginario in senso destroso, formando la doppia elica.

Nel 1954 Gamow, un fisico russo, confermò che il codice genetico fosse un codice a triplette. Utilizzando i gruppi di tre lettere, infatti, si possono formare 43 (64) parole o istruzioni diverse che vengono codificate in un tratto di DNA chiamato gene. 

Gli aminoacidi, che formano le proteine, sono 20. Si dividono in essenziali, non essenziali e semi essenziali. La differenza principale tra gli aminoacidi essenziali e quelli non essenziali, sta ne fatto che quelli non essenziali non possono essere prodotti dal nostro organismo, ma devono essere assunti con il cibo.

-Gli aminoacidi essenziali sono 8: isoleucina, leucina, lisina, metionina, fenilalanina, treonina, triptofano, valina.

-Gli aminoacidi non essenziali sono 10: alanina, asparagina, acido aspartico, cisteina, glutammina, acido glutammico, glicina, prolina, serina, tirosina.

-Gli aminoacidi semi essenziali sono 2: arginina, istidina.

La funzione principale del DNA è quella della formazione delle proteine mediante decodifica del codice genetico. Le fasi di tale processo sono due:

1. Trascrizione: sequenze nucleotidiche di DNA riscritte in sequenze nucleotidiche di RNA complementari. L'informazione viene copiata in un filamento di mRNA e portata nel citoplasma.
2. Traduzione: Avviene nei ribosomi. L'informazione viene tradotta dalla sequenza di nucleotidi alla sequenza di amminoacidi. tRNA e rRNA traducono l'informazione portata dall'mRNA in una corretta sequenza amminoacidica.

Esso può essere utilizzato in vari campi:

1. Medico: sintesi di farmaci, vaccini e antitumorali, fecondazione artificiale, diagnosi, terapie geniche.
2. Ambientale: trattamento delle acque reflue, piante resistenti a condizioni avverse (parassiti, decomposizione, pesticidi, freddo, siccità).
3. Industriale: produzione di biocarburanti (mettendo in sequenza il DNA dell’alga Chrysochromulina tobin, che produce acidi grassi), di vitamine e di enzimi, utilizzati in settori come la cosmesi, il tessile e l’alimentare.

Per terapia genica si intende il trasferimento di materiale genetico all’interno di cellule, allo scopo di prevenire, curare o diagnosticare una malattia.

Nel caso delle malattie genetiche in cui un gene è difettoso o assente, la terapia genica consiste essenzialmente nel trasferire la versione funzionante del gene in modo da rimediare al difetto.

Esistono due tipi di terapia genica:

1. Cellule germinali
2. Cellule somatiche

La prima consiste nel trasferire il materiale genetico all’interno delle cellule germinali (spermatozoi ed ovociti) o delle cellule staminali totipotenti (dei primissimi stadi dello sviluppo dell'embrione). In questo caso la modifica si trasmette anche alla prole; attualmente tale possibilità presenta molti limiti pratici ed etici.

La seconda tipologia consiste nel modificare il genoma dell'individuo ricevente. Gli effetti della modifica sono limitati all’individuo e non si riscontrano nella prole. Oggi è la via più usata. La terapia genica delle cellule somatiche, a sua volta, viene suddivisa in due gruppi: la terapia genica "ex vivo" e quella "in vivo".

La terapia "ex vivo" consiste nel prelevare le cellule somatiche della persona interessata e metterle in coltura. Nelle cellule viene introdotto il gene d'interesse, inserito tramite un apposito vettore, spesso virale, e successivamente reimpiantate nel corpo del soggetto. Si tratta di una procedura lunga e costosa. Attualmente è la modalità più utilizzata.

La terapia genica "in vivo" viene attuata in tutti quei casi in cui le cellule non possono essere messe in coltura o prelevate e reimpiantate, come ad esempio quelle del cervello o del cuore e della maggior parte degli organi interni. Questo metodo è molto economico, ma più difficile da applicare. In questo caso il gene viene inserito nell'organismo tramite un apposito vettore, direttamente per via locale o sistemica.

Nel 1990 William French Anderson  realizzò con successo la prima terapia genica applicata a un essere umano, una bambina affetta da SCID.

Il codice genetico è il linguaggio molecolare usato dal DNA per sintetizzare tutti i tipi di proteine . Le istruzioni del codice genetico sono codificate nei geni, sequenze di DNA contenute nei cromosomi, strutture bastoncellari formate dall' avvolgimento e compattamento del filamento di DNA, che rappresentano le informazioni genetiche. L'insieme delle informazioni genetiche costituisce il genoma.

La genetica nacque all'inizio degli anni 900. Uno tra i primi a studiarla fu Mendel tra il 1856 e il 1863. Per i suoi esperimenti egli utilizzò piante di pisello, con caratteri visibili e definiti, che si autofecondano o effettuano la fecondazione incrociata.

Secondo il processo effettuato da Mendel si parte da una generazione parentale(P) in cui si fanno accoppiare due specie che differiscono per un solo carattere, in questo caso una pianta con seme giallo, che rappresenta il carattere dominante(AA) e una pianta con seme verde, che rappresenta il carattere recessivo(aa). In seguito avviene la meiosi, con la formazione di gameti aploidi. Con la prima generazione filiale(F1), dopo la riproduzione, si vengono a formare degli ibridi eterozigoti con metà corredo cromosomico di ogni genitore, (Aa), che genotipicamente, cioè nella genetica, presentano sia il carattere dominante, sia il carattere recessivo, mentre fenotipicamente, cioè nell'estetica, presentano solo il carattere dominante, infatti sono di colore giallo. In seguito avviene nuovamente la meiosi, con la formazione dei gameti aploidi degli ibridi. Con la seconda generazione filiale(F2), dopo la riproduzione, si vengono a formare degli ibridi con 75% carattere dominante, quindi giallo, e con il 25% carattere recessivo, quindi verde, con un rapporto di 3:1 (AA, Aa, Aa, aa).