I nucleotidi sono sostanze complesse scoperte da Miescher, nel 1871. Ottant'anni sono passati prima che il loro ruolo biologico venisse inteso.
Ogni
nucleotide, è formato da una molecola di acido ortofosforico ( H3PO4) che
esterifica mediante uno dei suoi ossidrili acidi la molecola di uno zucchero a cinque
atomi di C; lo zucchero è legato a sua volta, mediante un gruppo alcolico, ad una base organica avente l'anello eterociclico delle
purine o delle pirimidine o, di rado, d'altra natura.
I nucleotidi si distinguono, in base alla natura dello zucchero che può essere un ribosio o un desossiribosio, nelle due categorie: ribonucleotidi e desossiribonucleotidi.
I ribonucleotidi da soli, o riuniti in dimeri o in trimeri, hanno un ruolo di grande importanza nella biochimica dinamica della cellula; se uniti due molecole di acido pirofosforico (sigla P-P) vengono detti 'trifosfati' o 'attivati' poiché l'acido
pirofosforico si stacca facilmente dal resto della molecola cedendo energia. Ne è un esempio l'ATP.
Dalla polimerizzazione dei nucleotidi prendono origine i polinucleotidi, molecole filamentose nelle quali si può riconoscere una sequenza monotona formata da residui fosforici e zucchero (P-Z-P-Z-P-). Da questa catena si diramano le basi puriniche o pirimidiniche alternandosi in modo vario,
ma rigorosamente preordinato. La sequenza delle basi definisce la struttura primaria del polinucleotide, costituente degli acidi nucleici
Nell'acido ribonucleico (sigla RNA) le basi più comuni sono quattro, Adenina, Citosina, Guanina, Uracile (sigle A, C, G, U), ma se ne possono trovare altre. Nell'acido desossiribonucleico (sigla DNA) le basi sono sempre Adenina, Citosina,
Guanina e Timina (sigle A, C, G, T).
I polimeri dell'acido ribonucleico di solito presentano una forma ripiegata più volte, contorta. I polimeri dell'acido desossiribonucleico sono filiformi e hanno struttura duplice: i due filamenti che le compongono sono tra loro complementari e
formano un avvolgimento a doppia elica.
Sulla forma a doppia elica del DNA si è fatto un gran parlare e sono stati scritti molti libri: giustamente poiché si tratta di uno dei trionfi della biochimica che ha aperto la strada alla comprensione dei processi ereditari; in questa sede, se ne darà solo un cenno sintetico.
Ogni filamento di DNA è polarizzato, nel senso che presenta un verso (convenzionalmente indicato con i numeri e gli apici che indicano gli atomi di C dello zucchero). I due filamenti della doppia elica presentano
sempre polarità inversa e appaiono attorcigliati uno intorno all'altro come i due capi di uno spago: questo attorcigliamento è tale che in corrispondenza del nucleotide A si colloca sempre il nucleotide T, in corrispondenza del nucleotide C si colloca il nucleotide G e viceversa. Si formano, in altre parole, le seguenti 4 coppie di nucleotidi: AT, CG, GC, TA; queste coppie di basi vengono dette anche coppie complementari.
I due filamenti del DNA sono tenuti insieme da legami a ponte di H che i membri di ciascuna coppia di basi si scambiano, nonché da forze coesive, dette 'forze di van der Waals', che assicurano l'adesione
delle basi sovrapposte.
Gli acidi nucleici sono dei polimeri che formano molecole di dimensioni considerevoli che immagazzinano le informazioni necessarie per la formazione e per il mantenimento in vita di un essere vivente.
Nel DNA è contenuta l’ informazione genetica che controlla la vita, mentre l’ RNA può essere considerato come vettore e traduttore delle informazioni.
Il DNA o acido desossiribonucleico ha come struttura di base un polimero di desossiribosi legati da fosfati. Su ogni desossiribosio è legato un gruppo chimico detto base azotata. Esistono quattro tipi di basi azotate: Adenina (A), Timina (T),
Citosina (C), Guanina (G). L’ insieme di una base, di un fosfato e di un desossiribosio forma un nucleotide.
Le basi, legate ai desossiribosi tramite legame covalente, sono tra loro complementari a due a due (A-T e C-G) e si legano tramite legame a idrogeno. Questa proprietà fondamentale delle basi è responsabile dell’ associazione stabile di due catene di acidi nucleici, dato che le basi
complementari si trovano l’una di fronte all’ altra. Per questo motivo si dice che il DNA è sotto forma bicatenaria o a doppio filamento. Tuttavia, la struttura che si forma dopo l’ unione di due filamenti di acidi nucleici, non è semplicemente lineare, ma, come scoprirono James D. Watson e Francis H. C. Crick
nel 1953, assume una forma elicoidale.
