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Ciao ragazzi e benvenuti in questa lezione, in cui studieremo in modo approfondito la struttura del DNA. Nell'ultima lezione di genetica presente nella playlist "Genetica e leggi di Mendel", abbiamo visto il passaggio che c'è stato, proprio dal punto di vista storico nella storia della scienza, tra le leggi di Mendel e la scoperta del DNA avvenuta nel Novecento, con i nuovi strumenti che gli scienziati avevano a disposizione. Abbiamo anche visto cosa sono i cromosomi e, in particolare, i cromosomi sessuali. In queste lezioni andremo a vedere la struttura del DNA e andiamo a vedere quindi da dove proviene questa caratteristica struttura a doppia elica che vedete anche qui nello sfondo. [Musica]
Il DNA è l'acido desossiribonucleico, però lo chiameremo sempre DNA. Il DNA è una molecola che si trova nel nucleo di ogni cellula dell'organismo; è infatti contiene al suo interno tutto il patrimonio genetico dell'organismo. La molecola del DNA è formata da un doppio filamento che va a formare una doppia elica, perché, come avete visto nell'immagine, questo doppio filamento va ad avvolgersi formando una spirale e quindi una doppia elica. A doppia perché abbiamo questi due filamenti. Il DNA è formato da una sequenza di quattro tipi di diverse unità; queste quattro unità si chiamano nucleotidi. Quindi, alla domanda "Da cosa è formato il DNA?", dovete rispondere: "È formato da una sequenza di quattro diversi tipi di unità, ossia i nucleotidi". I nucleotidi, a loro volta, sono formati tutti dagli stessi componenti: ossia acido fosforico, zucchero desossiribosio e basi azotate. Queste basi azotate adesso che andremo a vedere in dettaglio.
Il DNA quindi va a formare questa struttura a doppia elica, che è come se fosse una scala a chiocciola, in cui i due filamenti laterali vanno a formare quello che è lo scheletro della scala, quindi i montanti della scala, e sono formati da acido fosforico e dallo zucchero desossiribosio; mentre i vari gradini della scala sono formati dalle basi azotate, che si chiamano così perché contengono gli atomi di azoto. Quindi, i due filamenti che vedete qui in giallo sono formati, avevo detto, dall'acido fosforico e dallo zucchero desossiribosio; quindi, per essere più precisi, gruppo fosfato e desossiribosio; mentre le parti colorate che vedete, che vanno a formare i gradini di questa scala immaginaria, sono formati dalle basi azotate. Le basi azotate sono di quattro tipi; in tutti gli organismi ci sono solo questi quattro tipi: adenina (quella che vedete in verde), timina, citosina, guanina.
Per andare a formare questi gradini della nostra scala, queste basi azotate vanno ad unirsi a coppie, però non sono coppie casuali, ma coppie che possono esserci solo in un determinato modo. Infatti, possiamo avere come coppia solo adenina con timina e guanina con citosina. Quindi, le coppie sono queste: A-T e G-C; non possono combinarsi in maniera differente. Quindi, l'adenina può legarsi solo con la timina e viceversa, e la citosina solo con la guanina e viceversa. Queste due coppie si chiamano coppie di basi complementari. Queste coppie, però, che vanno a formarsi con queste quattro basi azotate, vanno ad alternarsi con un numero altissimo di possibili combinazioni. Infatti, ognuno di noi ha una combinazione unica che ci caratterizza ed è uguale in tutte le nostre cellule. Quindi, ognuno di noi ha il proprio DNA che viene costituito da queste combinazioni di coppie che vanno ad alternarsi tra una coppia e l'altra. Quindi, la coppia A-T e la coppia G-C vanno ad alternarsi, rendendo unica questa combinazione, sequenza all'interno di ogni organismo. Infatti, il grado di parentela tra due diversi organismi si vede proprio con l'analisi del DNA. Questo sicuramente già lo sapete. Infatti, le somiglianze che ci sono tra queste sequenze delle quattro basi azotate vanno proprio a rivelare se c'è parentela tra due organismi. Infatti, se noi prendiamo due persone, ad esempio, solo una base azotata su mille è diversa; e una base su mille vuol dire lo 0,2 per cento. Nel regno animale a cui noi apparteniamo, sappiamo che c'è, ad esempio, lo scimpanzé che è il nostro parente più stretto in questo regno; infatti, il suo DNA è diverso da quello dell'uomo solo per l'1 per cento, mentre quello del topo è diverso per il 15 per cento. [Musica]
Ad esempio, può capitare un esercizio che richieda di andare a completare la sequenza di DNA, sapendo quali basi azotate ci sono lungo un filamento; e per completarlo dobbiamo tener presente quello che abbiamo detto finora, quindi che le coppie possono essere solo G-C, quindi qua devo mettere la C, e qua l'A; G-C, A-T; e quindi vado a completare in questo modo questa parte di sequenza. Andiamo adesso a vedere in che modo si duplica il DNA. [Musica]
All'inizio della lezione abbiamo detto che il DNA è contenuto nel nucleo di ogni cellula dell'organismo; però, quando il DNA sta all'interno del nucleo in condizione, diciamo, normali, quindi quando non è in stabile avvenire la mitosi, il DNA in queste condizioni si trova in un groviglio. Però, quando la cellula è pronta per dividersi e quindi siamo sul punto di far avvenire la mitosi, ora il DNA si addensa e va a formare i cromosomi. In questo modo possono vedere i cromosomi con il microscopio, perché il DNA si è addensato. La mitosi l'abbiamo già studiata, però andiamo a rivederla brevemente. Noi abbiamo la cellula madre con all'interno il suo patrimonio genetico, quindi il suo DNA. Ora, prima della divisione, i cromosomi si devono duplicare, cioè le molecole di DNA che formano questi cromosomi devono copiarsi, quindi devono produrre una loro copia. Quindi, se io ho il mio cromosoma nella cellula madre, il passaggio successivo, prima della divisione cellulare, è questo: ho nuovamente la mia cellula madre con all'interno il DNA, quindi il cromosoma in questo caso, perché abbiamo detto che il cromosoma è fatto di DNA duplicato. Quindi, abbiamo il cromosoma in questo modo, quindi con questi due filamenti uniti dal centromero. A questo punto la cellula può dividersi perché si sono formati due cromosomi e sono identici a quello di partenza. Questi due cromosomi vengono poi distribuiti alle cellule figlie, quindi una e due cellule figlie che hanno ognuna un cromosoma identico a quello della cellula madre; e questa è la mitosi in sintesi. Ogni volta che una cellula si divide, quindi il DNA si deve duplicare in modo che le due cellule figlie ricevano una copia esatta del DNA della cellula madre. Però questo processo di duplicazione ancora non l'abbiamo visto in dettaglio. Allora andiamo a vedere in che modo si duplica il DNA.
Allora, supponiamo che quello che io ho disegnato qui sia il nostro DNA, ovviamente stilizzato, quindi con i due filamenti laterali e le basi azotate a coppie. Quindi, ho messo l'azzurro con il verde e l'arancione con il rosa, quindi come se fossero adenina, timina, citosina, guanina. Allora, cosa avviene durante il processo di duplicazione? La molecola originaria di DNA, quindi quella che si deve duplicare per creare la copia, come abbiamo visto prima, si apre come se fosse una cerniera lampo; quindi, come se qui in mezzo queste basi azotate fossero proprio la cerniera lampo. A questo punto si aprono e otteniamo da una parte un filamento di DNA [Musica], dall'altra l'altro filamento di DNA che si è diviso. Quindi, da qui otteniamo questo, ognuno con le proprie basi azotate, però soltanto una parte. Quindi, ad esempio, qui nel primo filamento rimane solo la parte verde, mentre la parte azzurra sarà nell'altro filamento; come qui ci sarà la parte azzurra e la parte verde sarà nell'altro filamento. Quindi, se queste sono A e T, quindi lati azzurre e verde, qua rimane la quale A-T; quale A-T? La stessa cosa con quella arancione e rosa; qua c'è l'arancione e cuoce rosa, quindi citosina guanina, e così via. Ovviamente, questi due filamenti che adesso si sono separati conservano quindi le basi azotate che sono attaccate a questi filamenti e faranno da stampo per il nuovo filamento. Quindi, tutto ciò che vedete adesso è il vecchio DNA che si deve duplicare. Il nuovo filamento va poi a sintetizzarsi e a [Musica] attaccarsi poi al vecchio filamento in modo tale da poter creare le giuste coppie di basi azotate. Quindi, avremo un nuovo filamento che andiamo a fare con un altro colore, ad esempio facciamo con il viola. Questo nuovo filamento va a crearsi in questo modo: abbiamo il nuovo filamento con le basi azotate che sono quelle corrispondenti alla coppia che è stata dimezzata. Quindi, se qua c'è la T, quasi attaccherà la A; dove c'è la G invece ci sarà la C, e così via. Quindi, avremo poi una nuova, un nuovo filamento di DNA da entrambe le parti, in questo modo anche dall'altra parte; e quindi abbiamo ottenuto, nel terzo passaggio del nostro disegno che in realtà è il quarto, adesso lo ripetiamo, abbiamo ottenuto due nuove copie del DNA. Riepiloghiamo: primo passaggio, abbiamo il DNA che deve essere duplicato, quindi primo passaggio; secondo passaggio, separazione dei filamenti; terzo passaggio, i vecchi filamenti, quindi quelli gialli nel nostro disegno, fanno da stampo per i nuovi filamenti, quindi vanno a poi prodursi; quattro molecole di DNA che sono due copie uguali, ognuna formata da un filamento vecchio che è quello giallo e un filamento nuovo che è quello viola. Quindi, abbiamo come risultato due molecole di DNA identiche a quella iniziale. Quindi, il quarto passaggio è questo, quello di aver le due molecole di DNA identiche alla molecola iniziale. Questo processo si chiama semi-conservativo, perché per metà conserva il filamento vecchio, mentre per metà è formato da un filamento nuovo. Ovviamente, lo abbiamo visto molto in sintesi, è semplificato, perché poi quando farete studi più approfonditi vedrete quali sono tutti i passaggi in dettaglio per la duplicazione del DNA.