Gli acidi nucleici sono un capolavoro d’ingegneria della natura, che ha sapientemente “accoppiato” tra loro quattro basi organiche azotate dalle geometrie perfettamente complementari (adenina (A), timina (T), guanina (G) e citosina (C)) al fine di codificare l’informazione necessaria a far replicare e funzionare correttamente le cellule che compongono gli organismi.

Nuove indicazioni sui processi evolutivi della doppia elica e su molte funzioni ancora ignote di molte parti del Dna potrebbero venire dal primo modello matematico che descrive le simmetrie presenti nella distribuzione delle basi azotate che compongono il genoma, al di là della doppia elica. Lo studio, pubblicato su Nature Scientific Reports, è firmato da un gruppo di ricerca italo-australiano composto da Giampaolo Cristadoro dell’Università di Milano-Bicocca, Mirko Degli Esposti dell’Università di Bologna e Eduardo G. Altmann dell’Università Sydney.

I trasposoni determinano la geometria del Dna

La struttura a doppia elica del Dna è basata sull’accoppiamento delle basi nucleotidiche A-T e C-G tra i due filamenti, come determinato da Francis Crick e James Watson a metà del secolo scorso. Anche il singolo filamento, però, presenta al suo interno un’analoga simmetria, come stabilito dalla “seconda regola di Chargaff”. Lo studio odierno ha chiarito che all’interno del Dna esistono simmetrie che non sarebbero legate unicamente al conteggio delle singole basi, ma sarebbero piuttosto relative a quantità statistiche ben più complesse, motivo per cui si parla di “regola di Chargaff estesa”.
I trasposoni, ovvero porzioni particolari di Dna in grado di muoversi all’interno del genoma, sono i protagonisti di queste nuove simmetrie, che si originerebbero proprio sulla base di specifiche proprietà strutturali di queste sequenze geniche che sarebbero in grado di generare uno scheletro di domini simmetrici nella sequenza del Dna. Secondo i ricercatori, l’organizzazione strutturale complessa delle sequenze a singola catena e le diverse simmetrie organizzate in modo gerarchico su scale note per la presenza di strutture non random determina un modello a domini. Il modello è stato validato con l’analisi approfondita di tutto il genoma umano; nuove ricerche sono già in corso per estendere lo stesso tipo di analisi anche al Dna di altre specie. L’ipotesi di lavoro è che la gerarchia di simmetrie su scale diverse individuata possa aiutare a capire l’organizzazione spaziale della cromatina.

Una minima parte del Dna codifica le proteine

Solo circa il 2% delle oltre tre miliardi di coppie di basi azotate che formano il Dna codificano le circa centomila proteine presenti nell’organismo umano. La maggior parte della struttura dell’acido desossi-ribonucleico, quindi, ha una funzione ancora in gran parte sconosciuta, ed è in parte coinvolto nella regolazione dei processi relativi alle regioni codificanti. Le quattro basi azotate responsabili per la trasmissione dell’informazione genetica sono state separate e identificate per la prima volta negli anni ’40 e ’50 del secolo scorso dal biochimico austriaco Erwin Chargaff, che ne ha determinato l’abbondanza relativa. La prima regola di Chargaff indica che, mentre la composizione in basi del Dna varia da una specie all’altra, in ciascun organismo c’è sempre una precisa simmetria per cui la quantità di adenina è uguale a quella di timina e la quantità di guanina è uguale a quella di citosina.

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