Il manuale di istruzioni della vita – il DNA!

Ammettiamolo, tutti quelli della mia generazione, ogni volta che sentono parlare del DNA, per prima cosa pensano al mondo di Jurassic Park. Per inciso, come diavolo avete fatto a rovinare un franchise così bello con quella porcata dell’ultimo film (Jurassic World – Dominion)? Siete dei criminali!

La scena iniziale del primo film, in cui il bellissimo Mr. DNA (qui sopra) spiega sommariamente cosa è il codice genetico è ormai storia. Certo, la fa sembrare un po’ semplice, ma è anche questo il bello.

Ma cosa è effettivamente il DNA? Aspettate che vado a scartabellare…

(Raga, come è possibile che i Simpson abbiano una citazione/meme per tutto?)

Comunque, DNA è un simpaticissimo acronimo che tradotto in lingua italiana significa acido deossiribonucleico (o desossiribonucleico, dipende come vi piace di più, va bene in entrambi i modi, non litigate) che ai più non dirà assolutamente niente. Dal punto di vista chimico lo possiamo anche definire un polimero (ossia una molecola formata da più subunità ripetute dette monomeri, un po’ come la plastica) formato da nucleotidi, che appunto ne sono i monomeri costituenti.

Questi nucleotidi a loro volta sono formati da un gruppo fosfato, uno zuccherino perchè alla vita piace essere dolce (il deossiribosio o desossiribosio) e da una base azotata. Beh, oddio, non è proprio così. In realtà le basi azotate (che si chiamano così perchè …. contengono azoto. Noi chimici siamo proprio originali) sono quattro, ed è appunto la varietà che andrà poi a giocare un ruolo fondamentale nelle chicche che spiegheremo dopo.

Le basi azotate si dividono in due sottogruppi, a seconda della molecola “precursore” da cui derivano. Sono infatti le pirimidiniche (derivate dalla pirimidina) e puriniche (derivate dalla purina.. no il mangime per animali non c’entra.. o forse hanno fatto solo un’operazione di marketing… quelli del mangime, non quelli dell’evoluzione della vita eh).

Nella classe delle puriniche troviamo la guanina e l’adenina, mentre tra le pirimidiniche ci sono la citosina e la timina. In realtà, le pirimidiniche hanno una terza esponente, ossia l’uracile, ma questa si trova solo nell’RNA (acido ribonucleico, ma è un capitolo a parte, lui deve sempre fare quello diverso e distinguersi. Un ossigeno in più, una base diversa…che egocentrico).

La basi azotate inoltre sono capaci di legarsi tra loro secondo specifiche coppie. L’adenina con la timina (l’uracile nell’RNA) e la citosina con la guanina. Questi accoppiamenti sono molto importanti perchè beh, sono fissi, altri matrimoni non s’hanno da fare.

Si ok, tutto molto bello, ma quindi? Come fanno questi monomeri a mettersi insieme? Semplice! Quasi tutti voi avrete visto in qualche documentario o film la struttura a doppia elica del DNA. Quella sorta di magica scala a pioli attorcigliata su se stessa che viene utilizzata nella fantascienza come scusa per qualsivoglia cambiamento o superpotere del tizio o della tizia di turno no? Beh la struttura è formata dal gruppo fosfato e dallo zucchero per quanto riguarda l’impalcatura, mentre le basi azotate che si legano a coppie formano i pioli della scala.

Bisogna anche specificare che se volessimo prendere il DNA come un libro da leggere, avremmo due versi di lettura. Le impalcature della scala infatti vanno lette in verso antiparallelo. Se ad esempio prendendo l’immagine di sopra, il capo in alto a sinistra dell’impalcatura viene detto 5′ (leggasi cinque primo) il capo in fondo si chiamerebbe 3′. Quindi lo leggeremmo dall’alto al basso. Viceversa, l’impalcatura di destra, parte dal fondo con il 5′ ed arriva in alto con il 3′. Ma questi numeretti a cosa corrispondono? Anche qui subentrano le originalità dei chimici. Gli atomi di carbonio che formano lo zucchero desossiribosio vengono banalmente numerati. Quindi il legame che il gruppo fosfato crea tra due zuccheri della catena collegano il carbonio in posizione 5 di uno con quello in posizione 3 del successivo. Tutto qui, facile no?

Facciamo un passo in avanti dunque. Abbiamo detto che potremmo vedere il DNA come un libro da leggere, un manuale di istruzioni per la vita come la intendiamo oggi. Ma questo realmente cosa significa? Significa che questa macromolecola ha un linguaggio tutto suo. Una codifica che qualcosa vorrà pur dire no? E certo che si. Infatti il DNA va letto di triplette in triplette. Ossia tre coppie di basi azotate alla volta. Un nuovo alfabeto che solo recentemente abbiamo imparato a leggere correttamente. Cosa codificano queste triplette? Beh! Gli amminoacidi! Sono gli amminoacidi infatti i mattoni per la costruzione delle proteine, quelle fantastiche macromolecole responsabili di… bhe oh ragazzi parliamoci chiaro, son responsabili praticamente di quasi tutto. Crescita muscolare, ormoni, sistema immunitario (si gli anticorpi sono proteine, ad esempio), ma anche banalmente il colore degli occhi, dei capelli eccetera. Ed ancora, la memoria è influenzata da meccanismi che coinvolgono un gran numero di proteine. L’emoglobina è una proteina che rende possibile il trasporto dell’ossigeno e dell’anidride carbonica nel sangue (anche se personalmente mi continuo a immaginare i simpatici globuli rossi con le bollicine sulla schiena di una nota serie a cartoni).

Abbiamo detto che il DNA codifica questi amminoacidi, ma come? Di seguito vediamo come esiste una precisa sequenza di basi azotate per ognuno dei 20 amminoacidi. Di fatto, quelli che spesso sentiamo nominare anche impropriamente (leggasi “a cazzo”) in molti servizi sui telegiornali, i geni, sono semplicemente le istruzioni per codificare la costruzione di una proteina da parte di una cellula. E come ogni istruzione, ha un inizio ed una fine, ed infatti potete vedere nella tabella che esistono sequenze di start e di stop per la codifica. Si ma quanti di questi geni esistono ad esempio nel DNA di un essere umano? Circa ventimila, secondo le ultime stime (per intenderci, una cipolla ne ha circa la metà, in fondo non siamo così speciali, e come la cipolla, gli esseri umani sono capaci di far piangere, sebbene in più modi).

Aspettate, mi sono reso conto che per voi le sigle degli amminoacidi non significano una mazza. Vi metto una tabella riassuntiva perchè i disegnini sono sempre carini. In grassetto ci sono gli amminoacidi essenziali, detti così perchè fa fico ed è un ottimo mezzo acchiappa-gonzi per il marketing di integratori o cibi strani. Perchè sono essenziali? Perchè noi poveri stolti umani non siamo in grado di sintetizzarli all’interno del nostro corpo, quindi siamo costretti ad assumerli con la dieta. Quanto siamo stronzi eh?

Comunque, un essere umano ha circa 3,2 miliardi di coppie di basi azotate nel suo DNA. Una cifretta niente male soprattutto se uno si volesse mettere lì a leggerlo. Ma è tutto DNA utile e codificante per proteine? Beh no. Anzi una grossa fetta è completamente inutile, o meglio inutile no, ma semplicemente non codifica per alcuna proteina. Gli stessi geni, hanno parti intere non codificanti (chiamati introni) al loro interno, che inframezzano le parti realmente codificanti (chiamate esoni). Ed allora perchè lo abbiamo? Perchè l’evoluzione effettivamente è meno stupida di quanto possa sembrare, sebbene ogni tanto mi faccia venire dei dubbi quando vedo la gente mangiare la pizza con l’ananas o ascoltare la musica trap. Ma vabbè. Sostanzialmente il DNA in eccesso è serve come un magnifico giubbotto antiproiettile contro le mutazioni. Se del DNA si deve rovinare e cambiare il senso di lettura, forse è meglio che si rovini dove non serve a niente no? Perchè pensate ad esempio ad un codone (che vuol dire tripletta di basi azotate) che codifica per l’amminoacido tirosina (T-A-C), basta cambiare la citosina finale, con una adenina per farlo diventare T-A-A che nel linguaggio genetico è detto codone di Stop. Vuol dire che la trascrizione di quel tratto di DNA si interromperà prematuramente e che quindi la proteina risultante sarà troncata e di conseguenza non funzionale. Questo potrebbe diventare un danno minore oppure un danno importante per la cellula e per l’intero organismo. E’ così che hanno origine alcune malattie. Geni difettosi che producono proteine che non svolgono il loro lavoro. Ecco perchè è così importante che il DNA sia protetto ed abbia tutta una serie di meccanismi di controllo e riparazione, soprattutto durante la sua replicazione. L’enzima (che ehi, è a sua volta una proteina, stupefacente vero?) DNA Polimerasi, che è responsabile della duplicazione (banalmente fa copia ed incolla) del DNA, compie un errore ogni circa 100.000.000.000.000 coppie di basi azotate. Una precisione bella alta se ci pensate.

Eppure, la precisione seppur alta, non è sinonimo di infallibilità. Paradossalmente è proprio quella possibilità di errore nella replicazione, unita a eventi esterni (tipo radiazioni ionizzanti o sostanze mutagene) che comunque portano avanti l’evoluzione da milioni anzi miliardi di anni. Sono gli errori che portano a nuove possibilità per la costruzione di nuove… proteine! Se un determinato essere vivente esprime una nuova caratteristica che lo aiuta a sopravvivere, beh, andrà avanti e la novità verrà tramandata alle generazioni future. Viceversa potrebbe portare alla scomparsa se la mutazione si rivelasse fallace. Questa è l’evoluzione a grandi linee, ovviamente ci sono mutazioni che possono essere banalmente silenti e non avere nessun effetto pratico sulla vita dell’essere vivente. Oppure, come in molti casi negli esseri umani, essere banalmente tenute sotto controllo grazie alla scienza. Pensate ad esempio al diabete. La carenza di insulina generata da un errore nel genoma dell’individuo viene corretta grazie all’ausilio di una integrazione esterna.

Ma come si passa da DNA alle proteine? La cellula ha tutta una serie di meccanismi che si chiamano trascrizione e traduzione, che servono sostanzialmente a portare l’informazione fuori dal nucleo (nel caso di cellule eucariote) dove risiede il DNA. Il doppio filamento viene temporaneamente aperto da speciali enzimi, che ne fanno una copia del tratto di interesse sotto forma di mRNA (messaggero) il quale poi viene trasportato all’esterno del nucleo e usato come stampo per l’assemblaggio delle proteine, amminoacido dopo amminoacido grazie al tRNA (di trasporto).

Esistono diversi tRNA specifici per ogni amminoacido. Immaginatevi sostanzialmente il processo come una catena di montaggio biologica in cui anello dopo anello si forma una lunga catena amminoacidica che darà vita alla proteina. Ma di questo magari ne parleremo in un altro post.

Ma nel nucleo, che forma assume il DNA? No, non è un gomitolo informe formato dalla catena. Non è libero di sguazzare come gli pare. Anzi, le cellule si prendono una gran briga per compattarlo e tenerlo al sicuro. Ci sono diversi stadi si avvolgimento, che coinvolgono anche numerose proteine chiamate istoni, che servono appunto da “rocchetti” per compattare il materiale genetico. Si passa dal filamento ad uno stadio successivo chiamato nucleosoma, che a sua volta viene compattato ulteriormente a formare un solenoide che sua volta, insieme ad altri omologhi forma la cromatina ed i famosi cromosomi.

Una piccola curiosità. Le parti terminali dei cromosomi vengono detti telomeri. Sono sequenze ripetute un gran numero di volte che beh, si accorciano ad ogni replicazione del DNA. Questo accorciamento da origine all’invecchiamento cellulare eh beh, quindi al nostro stesso invecchiamento. I telomeri sostanzialmente proteggono gli individui da eventi come il cancro ed è quindi molto importante che si studino questi tratti di DNA al fine di poter trovare rimedi ad alcune malattie. C’è chi ipotizza anche che trovare un modo per allungare in maniera indeterminata nel tempo i telomeri beh, sia quasi il segreto per la vita eterna, o quantomeno molto più lunga. Ma qui si sconfina forse in un campo ancora incerto.

Spero che il post vi sia piaciuto, sicuramente avrò modo in futuro di espandere l’argomento, se lo troverete interessante!

Vi lascio con un meme della nostra amata Khaleesi. Perchè la stagione 8 di Game of Thrones non esiste.

Alla prossima puntata!