IL " DATABASE " DELLA VITA : IL DNA

04 settembre 2011 ore 16:24 segnala
IL " DATABASE " DELLA VITA : IL DNA
Il CARBONIO si presenta in due forme:quello comune detto Carbonio 12 e una forma molto più rara detta Carbonio 13 o Carbonio pesante. I depositi geologici di carbonio contengono una precisa proporzione di carbonio 12 e 13. La materia biologica è arricchita particolarmente di CARBONIO 12. Come avrebbe fatto a formarsi la vita sulla Terra circa 4 miliardi di anni fa quando era ricoperta dalla lava e l'atmosfera era tossica e irrespirabile? Nel 1953 due chimici tentarono di dare una risposta mettendo a punto un esperimento per simulare le condizioni del nostro pianeta subito dopo la nascita. Il risultato fu talmente eclatante che l'apparecchio è stato conservato in un museo.L'apparecchio è stato progettato con cura per creare un "oceano"in evaporazione in una ampolla collegata con un'altra in cui era rappresentata l'atmosfera,e in cui c'erano due elettrodi a cui si poteva applicare una carica elettrica per simulare i fulmini in modo da far condensare il prodotto fuori dall'atmosfera in un condensatore per finire alla fine nuovamente nell'ampolla dell'oceano. Gli scienziati lasciarono in funzione l'apparecchio per 7 giorni. L'oceano nella ampolla pian piano è diventato marrone scuro,cominciando a coprirsi di un fango altamente tossico,contenente Acido Cianidrico,che se ingerito uccide in pochi secondi. Ma questa soluzione marrone,oltre alle sostanze tossiche conteneva anche gli AMINOACIDI che sono fra gli elementi costitutivi delle PROTEINE che formano gli esseri viventi. Questa fu una grande scoperta.Ma questo è stato solo un piccolo passo verso la vita. In questo modo si formano MOLECOLE SEMPLICI chiamate MONOMERI,ma la vita che conosciamo è formata da POLIMERI cioè molecole complesse formate da tanti monomeri. La sfida attuale è assemblare queste molecole semplici trasformandole in complesse con una funzione biologica.

IL MISTERO DEL DNA

Le MEMBRANE delle CELLULE attuali sono solide,stabili e sono una grande barriera che permette alle cellule di controllare qualunque cosa entri ed esca,ma questo richiede un meccanismo molto evoluto che non esisteva nelle prime cellule. Le membrane primitive delle cellule che aspetto avevano? Le bolle di sapone sono formate da molecole chiamate ACIDI GRASSI,sostanze chimiche primitive,prodotte in epoca primordiale all'interno di GEYSER. Alcuni tipi di minerali potevano catalizzare l'aggregazione di Acidi grassi da sostanze semplici, come il Monossido di Carbonio,il metano e l'acqua. In un sistema ventilato idrotermale le bollicine potevano risalire in superficie. Gli scienziati hanno ricreato in laboratorio il meccanismo di un Geyser per produrre Acidi grassi che vengono mescolati in un brodo primordiale composto da Acqua,Sale ed Aminoacidi e hanno osservato la loro trasformazione. Le membrane si formano con estremità molto mobili,poi si chiudono su se stesse formando piccole strutture tondeggianti cioè si chiudono come piccole bolle di sapone. Le prime cellule viventi di 4 miliardi di anni fa probabilmente erano così. Ma le cellule viventi non possono evolversi se non sviluppano una caratteristica fondamentale e cioè la capacità di CRESCERE e DIVIDERSI. Le bolle di sapone crescono e si dividono con un semplice soffio d'aria,osservando le bollicine al microscopio si osserva qualcosa di incredibile,la membrana comincia a crescere spontaneamente e la bollicina iniziale si trasforma in un tubicino flessibile,le membrane di questi acidi grassi realizzano uno dei compiti fondamentali dell'evoluzione e cioè si riproducono e sembra che lo facciano automaticamente. Probabilmente ci stiamo avvicinando a capire la Genesi del miracolo della Creazione. Ma per essere veramente vive queste cellule hanno bisogno di un ingrediente essenziale: i GENI. Essi sono un insieme molecolare che identifica una cellula con la sua copia.Gli esseri viventi lo fanno con una DOPPIA ELICA di DNA.
Il DNA è la molecola più complessa che conosciamo,composta da decine di miliardi di atomi. Il DNA controlla ogni dettaglio di ogni essere vivente,il colore degli occhi,la forma delle foglie di un albero,il modo in cui si muove il più semplice dei batteri e ogni volta che una cellula si divide mette una copia del suo DNA in entrambe le cellule della nuova generazione. La vita non può esistere senza un patrimonio ereditario da trasmettere ad altre molecole. Una molecola complessa come il DNA non avrebbe potuto formarsi da sola in un lago primordiale,ne esisteva una versione più semplificata con un solo filamento di informazioni chiamato ACIDO RIBONUCLEICO o RNA. Gli studiosi sono convinti che l'RNA sia il precursore del DNA. Il segreto sta nel capire l'RNA formato da sostanze chimiche semplici che potevano esistere benissimo sulla Terra primordiale. L'RNA è un gigantesco filamento molecolare formato da 4 diversi elementi costitutivi,l'ordine in cui questi elementi vengono aggregati forma il CODICE GENETICO. Quando osserviamo l'RNA rimaniamo sbigottiti nel vedere quanto sia straordinaria questa molecola e ci si domanda come abbia fatto a formarsi,come la chimica abbia prodotto un tale risultato. Ogni elemento costitutivo è formato da 2 parti,una molecola di ZUCCHERO e una BASE NUCLEICA. I chimici hanno scoperto di poter ricreare la base nucleica e a quel punto hanno aggiunto anche gli zuccheri pensando di riuscire a legarli,ci hanno provato per molti anni ma chimicamente NON ERA POSSIBILE. Gli scienziati hanno ricreato una sequenza di eventi naturali come pioggia,siccità,riscaldamento e raffreddamento come avveniva sulla Terra primordiale e incredibilmente per la prima volta è stato raggiunto un risultato straordinario,sono stati creati 2 dei 4 elementi costitutivi dell'RNA. Ora dobbiamo trovare il modo per fare gli altri due,poi dovremo unirli per fare un polimero di RNA.

NON SAPPIAMO COME UN INSIEME DI SOSTANZE CHIMICHE INANIMATE SI SIANO TRASFORMATE IN UN ESSERE VIVENTE.

Il Dna (Acido desossiribonucleico) è un acido nucleico che contiene le informazioni genetiche necessarie alla biosintesi di RNA e PROTEINE,molecole indispensabili per lo sviluppo ed il corretto funzionamento della maggior parte degli organismi viventi. Dal punto di vista chimico,il DNA è un POLIMERO organico costituito da MONOMERI chiamati NUCLEOTIDI. Tutti i nucleotidi sono costituiti da tre componenti fondamentali : un gruppo FOSFATO,il Deossiribosio(zucchero pentoso)e una BASE AZOTATA che si lega al Deossiribosio. Le basi azotate che possono essere utilizzate nella formazione dei nucleotidi da incorporare nella molecola di DNA sono quattro: ADENINA,GUANINA,CITOSINA,TIAMINA,raramente URACILE. La disposizione in sequenza di queste 4 basi costituisce l'informazione genetica leggibile attraverso il CODICE GENETICO che ne permette la traduzione in AMINOACIDI. L'informazione genetica è duplicata prima della DIVISIONE CELLULARE attraverso un processo noto come REPLICAZIONE DEL DNA,che evita la perdita di informazioni fra generazioni. Il DNA fu inizialmente isolato dal biochimico svizzero FRIEDRICH MIESCHER nel 1869 che individuò una sostanza contenuta nel pus di bende chirurgiche. Nel 1919 PHOEBUS LEVENE individuò la struttura del nucleotide composto da base azotata,zucchero e fosfato. Nel 1937 WILLIAM ASTBURY presentò i primi risultati di alcuni studi di diffrazione a raggi X. Nel 1944 ERWIN SCHRODINGER asserì che,visto che secondo la fisica quantistica i sistemi di pochi atomi hanno un comportamento disordinato,il materiale genetico doveva essere costituito da una grande molecola non ripetitiva,sufficientemente stabile da mantenere l'informazione genetica. Nel 1953 JAMES WATSON e FRANCIS CRICK presentarono sulla rivista NATURE quello che è oggi accertato come il primo modello accurato della struttura del DNA,quello della DOPPIA ELICA. La conferma finale del meccanismo di replicazione basato sulla struttura a doppia elica fu fornita nel 1958 dall'esperimento di MESELSON-STAHL. nel 1961 MARSHALL NIRENBERG e SEVERO OCHOA scoprono che ogni tripletta di nucleotidi codifica per uno specifico AMINOACIDO. Nel 1986 RENATO DULBECCO propone di decifrare il codice genetico dell'uomo per sconfiggere il cancro.

CIFRE INCREDIBILI !

iL DNA è un lungo Polimero costituito da unità ripetute di NUCLEOTIDI. La catena del DNA è larga tra i 22 ed i 26 Angstrom (da 2,2 a 2,6 nanometri) ed ogni unità nucleotidica è lunga 3,3 Angstrom (0,33 nanometri).Sebbene ogni unità occupi uno spazio decisanemte ridotto la lunghezza dei POLIMERI di DNA può essere sorprendentemente elevata,dal momento che ogni filamento può contenere DIVERSI MILIONI di nucleotidi. Ad esempio,il più grande CROMOSOMA umano (il cromosoma 1) contiene quasi 250 MILIONI DI PAIA DI BASI !

EVOLUZIONISMO

Il DNA può essere alterato dall'azione di numerosi agenti,genericamente definiti MUTAGENI; è fondamentale notare però come una mutazione ovvero un cambiamento raro,casuale,che alteri la sequenza di basi azotate non sia necessariamente un evento pernicioso ma anzi sia alla base dell'EVOLUZIONE: suddetta mutazione dovrà però farsi spazio nella fittissima rete cibernetica cellulare nonchè nell'ambiente nel quale vive ed opera l'organismo vivente in questione; qualora vengano superati questi punti di restrizione (altamente selettivi vista la loro complessità intrinseca,la stragrande maggioranza delle MUTAZIONI di fatto si rivela NON VANTAGGIOSA o anche neutra),si avrà un organismo arricchito dalla mutazione. Tra di essi figurano ad esempio agenti ossidanti,agenti alchilanti ed anche radiazioni ad alta energia,come i Raggi X e gli UV. Il tipo di danno causato al DNA dipende dal tipo di agente: gli UV (ultravioletti)ad esempio,danneggiano il DNA generando la formazione di DIMERI DI TIMINA,oppure i Radicali liberi o il Perossido di Idrogeno,possono modificare le Basi o rompere il DNA . Secondo diversi studi,in ogni cellula umana almeno 500 basi al giorno sono sottoposte a danni ossidativi. Di tali lesioni,le più pericolose sono le rotture a doppio filamento,dal momento che tali danni sono i più difficili da riparare.
Molti agenti devono il loro potere MUTAGENO alla capacità di INTERCALARSI tra due basi azotate consecutive. Perchè un intercalante possa trovare posto tra le due basi,occorre che la doppia elica SI APRA e perda la sua conformazione standard.Tali modifiche strutturali inibiscono sia la TRASCRIZIONE che la REPLICAZIONE del DNA ed aumentano la possibilità di insorgenza di mutazioni. Per tale motivo gli intercalanti sono considerati molecole CANCEROGENE. In ogni caso,proprio grazie alla loro capacità di inibire Trascrizione e Replicazione,tali molecole sono anche utilizzate in CHEMIOTERAPIA per INIBIRE la rapida crescita delle cellule neoplastiche.

DOVE SI TROVA IL DNA ?

Gli EUCARIOTI (dal greco Eu 'perfetto' e Karyon 'nucleo'),rappresentano il livello più alto della classificazione in cui si dividono gli esseri viventi. Gli Eucarioti sono gli organismi viventi uni o pluricellulari costituiti da CELLULE dotate di NUCLEO. In essi il DNA è solitamente presente all'interno di CROMOSOMI e la somma di tutti i cromosomi di una cellula ne costituisce il GENOMA ,quello umano conta circa la bellezza di 3 MILIARDI di paia di basi contenute in 46 cromosomi !

EVOLUZIONE DEL DNA

Il DNA contiene l'INFORMAZIONE GENETICA che permette a tutti gli organismi viventi di funzionare,crescere e riprodursi. In ogni caso non è stato ancora chiarito in quale MOMENTO DELLA STORIA DELLA VITA il DNA abbia assunto tale ruolo fondamentale. E' generalmente accettato dalla comunità scientifica,infatti,l'IPOTESI che il DNA non sia stato il primo Acido nucleico ad essere utilizzato dai viventi: tale ruolo spetterebbe infatti all'RNA che potrebbe aver giocato un ruolo centrale nel metabolismo cellulare ancestrale. In ogni caso non esistono prove evidenti di questo sistema genetico ancestrale,dal momento che è impossibile recuperare DNA dai fossili. Ciò è dovuto al fatto che il DNA può sopravvivere nell'ambiente per meno di UN MILIONE DI ANNI.

INGEGNERIA GENETICA

La moderna biologia e biochimica fa un uso intensivo del DNA . Con il termine DNA RICOMBINANTE ci si riferisce a segmenti di DNA realizzati e assemblati artificialmente. Essi possono essere inseriti all'interno di organismi viventi,che così prodotti sono detti GENETICAMENTE MODIFICATI e possono essere utilizzati per la produzione di proteine ricombinanti necessarie per la ricerca BIOMEDICA o per le COLTIVAZIONI AGRICOLE.

MEDICINA LEGALE

La Medicina Legale si serve del DNA generalmente isolato dal sangue,dalla pelle,dalla saliva,dai capelli e da altri tessuti e fluidi biologici,per identificare i responsabili di atti criminosi. La comparazione di due campioni di DNA non si basa sull'analisi di tutta la sequenza ma solo di piccole parti ,infatti due individui non legati da rapporti di parentela hanno in comune ben il 99,9% di sequenza di DNA ! Tale metodo è generalmente molto affidabile per individuare i criminali. Questo metodo è stato sviluppato nel 1984 dal genetista britannico Sir ALEC JEFFREYS,
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IL " DATABASE " DELLA VITA : IL DNA Il CARBONIO si presenta in due forme:quello comune detto Carbonio 12 e una forma molto più rara detta Carbonio 13 o Carbonio pesante. I depositi geologici di carbonio contengono una precisa proporzione di carbonio 12 e 13. La materia biologica è arricchita...
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