Biologia molecolare

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Pubblicato Lunedì, 06 Febbraio 2012 13:57

Reazione a catena della polimerasi

La biologia molecolare è la disciplina che studia le molecole organiche complesse presenti nella cellula, in particolare DNA (acido desossiribonucleico), RNA (acido ribonucleico) e proteine, allo scopo di mettere in relazione la struttura di ciascuna con la funzione che essa svolge all'interno della cellula stessa e nell'ambito dell'organismo. Le modalità d'indagine della biologia molecolare applicano tecniche che provengono da varie altre discipline, quali la biochimica, la fisica e la genetica.

Le scoperte della biologia molecolare trovano applicazione nell'ingegneria genetica (detta anche tecnologia del DNA ricombinante) e nella biotecnologia.

Cristallografia a raggi X del DNA

La tecnica della cristallografia a raggi X applicata al DNA diede un fondamentale contributo alla comprensione della struttura tridimensionale di questa molecola, caratterizzata da una forma elicoidale nota come "doppia elica". Pioniera di questa ricerca fu Rosalind Franklin, fisica di origini ebraiche che compì le sue ricerche presso il King's College di Londra, in cui lavorava anche il biofisico britannico Maurice Hugh Wilkins. All'inizio del 1953 la Franklin aveva identificato due possibili forme elicoidali della molecola quando, nello stesso periodo, anche il team di Cambridge, guidato dal biologo statunitense James Dewey Watson e dal biofisico britannico Francis Harry Crick, era impegnato nello stesso studio. Si racconta che Watson, recatosi al laboratorio londinese dell'amico Wilkins per discutere delle ricerche sul DNA, abbia avuto modo di osservare una lastra cristallografica della molecola ottenuta dalla Franklin e che da tale immagine abbia intuito probabilmente alcuni elementi che lo portarono a definire con Crick il modello della doppia elica. Watson e Crick pubblicarono poco tempo dopo, sulla prestigiosa rivista "Nature", i risultati delle loro ricerche, in cui proposero il famoso modello della doppia elica e anticiparono la pubblicazione della Franklin.

La fondamentale scoperta che ha segnato la nascita della biologia molecolare fu l'elaborazione, nel 1953, del modello tridimensionale dell'acido desossiribonucleico (DNA), a opera del biologo statunitense James Watson e del biofisico britannico Francis Crick. Il DNA ha due funzioni fondamentali: da un lato presiede alla conservazione e alla trasmissione dell'informazione genetica da una generazione alla successiva, dall'altro dirige la sintesi delle proteine, molecole necessarie sia alla costruzione che al funzionamento delle cellule. I meccanismi in base ai quali questa molecola presiede a questi processi fondamentali risultano evidenti dall'analisi della sua struttura.

Struttura del DNA

Il DNA è una molecola a doppia elica, formata da due filamenti uniti l'uno all'altro da legami fra quattro subunità, le quali si ripetono in una sequenza variabile lungo tutta la molecola. Queste subunità, dette basi azotate, comprendono l'adenina (A), la guanina (G), la citosina (C) e la timina (T). Non tutti gli appaiamenti tra basi sono possibili: una A su un filamento si appaia sempre con una T sull'altro, mentre una G si appaia sempre con una C. Prima di ciascuna divisione cellulare il DNA si duplica, in modo tale da trasmettere a ciascuna delle due cellule figlie una copia fedele del patrimonio genetico parentale. Nel corso di questo processo l'informazione contenuta nella molecola viene riprodotta in modo estremamente preciso: i due filamenti si separano e ciascuno di essi funge da stampo per la costruzione di un nuovo filamento appaiato al primo.

Sintesi delle proteine

La biologia molecolare ha permesso di chiarire come avviene la sintesi delle proteine, che è un processo molto complesso e richiede due fasi fondamentali. La prima di queste fasi prende il nome di trascrizione e consiste nella copiatura di un gene (una porzione di DNA), contenente le istruzioni necessarie alla costruzione della specifica proteina, su un'altra molecola di acido nucleico a singolo filamento, detta RNA messaggero (mRNA). Come nella duplicazione del DNA, anche il gene viene copiato fedelmente mediante l'appaiamento delle basi dell'RNA sullo stampo fornito dalla porzione di DNA. La seconda fase, chiamata traduzione, prevede l'utilizzazione delle informazioni contenute nella molecola di mRNA per la sintesi di una proteina, che avviene a livello dei ribosomi. Il cosiddetto "dogma centrale della biologia molecolare" stabilisce che il flusso delle informazioni passa dal DNA all'RNA e dall'RNA alle proteine.