3. Il DNA, un codice per la vita

3 Il DNA, un codice per la vita Il costituente fondamentale dei cromosomi è una sostanza individuata nel nucleo delle cellule per la prima volta nel 1869, chiamata D.N.A., sigla di acido desossiribonucleico, nome che indica la sua natura chimica. La struttura del DNA è stata invece scoperta dagli scienziati James D. Watson e Francis Crick, che nel 1953 ne costruirono un modello ( 5 ). Il DNA è la più grande molecola naturale presente negli esseri viventi ma, dal punto di vista chimico, è piuttosto semplice: è costituita dal ripetersi di quattro diverse unità fondamentali, dette nucleotidi. Ogni nucleotide è formato da ( 6 ): una molecola di acido fosforico; una molecola di zucchero desossiribosio; una base azotata che può essere di quattro tipi: adenina, citosina, guanina e timina. La struttura del DNA è invece piuttosto complicata.- una molecola di acido fosforico;- una molecola di zucchero desossiribosio;- una base azotata che può essere di quattro tipi: adenina, citosina, guanina e timina.La struttura del DNA è invece piuttosto complicata.6 Modello di un nucleotide. Lo zucchero desossiribosio è rappresentato come un cilindro: in realtà ha una molecola pentagonale.Qual è la struttura del DNA?Nel disegno 7 il DNA è rappresentato come una “scala a pioli”; nel disegno 8 la “scala” viene avvolta a spirale e forma una doppia elica. I “pioli” della scala sono formati da due basi azotate legate fra loro. Se osservi con attenzione, noterai che le basi non si legano a caso, ma che l’adenina ( ) si lega sempre con la timina ( ) e la guanina ( ) sempre con la citosina ( ). Queste coppie sono dette basi complementari. Le “corde” della scala invece sono costituite dalle molecole di acido fosforico e di zucchero desossiribosio. La molecola di DNA è dunque formata da due filamenti di DNA complementari avvolti a doppia elica e costituiti da milioni di nucleotidi. Anche se le basi azotate sono solo quattro, la sequenza di combinazioni possibili è enorme; l’informazione genetica è “scritta” proprio nella specifica sequenza delle basi: cambiare l’ordine delle basi significa cambiare il patrimonio genetico. La molecola di DNA possiede una capacità che la rende unica fra tutte le molecole organiche: essa è in grado di riprodursi per duplicazione, è cioè capace di costruire una copia esatta di se stessa. Analizza Come viene rappresentato il DNA nel disegno?Da che cosa sono formati i “pioli” della scala?Da che cosa sono costituite le due “corde”?Come si legano tra loro le basi azotate? HAI CAPITO CHE... I cromosomi contengono l’acido desossiribonucleico (D.N.A.). Il DNA è una molecola costituita da unità fondamentali che si ripetono, i nucleotidi. Ogni nucleotide è caratterizzato da una base azotata (adenina, citosina, guanina o timina). Una molecola di DNA ha una struttura a doppia elica formata da due filamenti complementari composti da milioni di nucleotidi. È in grado di riprodursi per duplicazione. Come avviene il processo di duplicazione del DNA?La duplicazione del DNA avviene all’inizio di ogni riproduzione cellulare, sia delle cellule somatiche (mitosi), sia di quelle sessuali (meiosi). Prima della mitosi i cromosomi si duplicano in modo che le cellule figlie abbiano un patrimonio genetico intero e non dimezzato. Prima della meiosi la duplicazione avviene invece perché le cellule sessuali abbiano ognuna un patrimonio genetico pari alla metà di quello iniziale. Come sai, infatti, durante la meiosi si hanno due divisioni cellulari. Osserva il seguente disegno: Prima della riproduzione cellulare, la doppia elica di DNA si svolge e, grazie a un enzima, i legami chimici tra le basi si spezzano; si originano così due filamenti separati formati ciascuno da una sola serie di nucleotidi ( 1 ). Nel nucleo delle cellule si trovano dei nucleotidi liberi che vanno a legarsi, grazie all’intervento di un altro enzima, a quelli presenti sui filamenti separati: un nucleotide con adenina si lega a un nucleotide con timina, quello con citosina a un nucleotide con guanina ( 2 ). Alla fine di questo processo, su ogni filamento “vecchio” di DNA si è formato un filamento nuovo esattamente uguale a quello originario ( 3 ). Attraverso la duplicazione, da una molecola di DNA se ne sono formate due uguali, ognuna delle quali possiede un filamento della vecchia molecola. Analizza Quando una cellula sta per riprodursi, che cosa accade alla doppia elica del DNA ( 1 )?Che cosa si lega ai nucleotidi rimasti sui filamenti aperti del DNA ( 2 )?Che cosa si ottiene alla fine della duplicazione ( 3 )? HAI CAPITO CHE... Poco prima della riproduzione cellulare, all’interno del nucleo di ogni cellula (somatica o sessuale) avviene la duplicazione del DNA. I filamenti della molecola di DNA avvolti a doppia elica si separano e ciascuna delle due metà si unisce ai nucleotidi liberi presenti nel nucleo della cellula, formando una nuova molecola. >> LABORATORIOEstrai il DNAMaterialiSale grosso - detersivo liquido per piatti - acqua molto fredda - una cipolla - un bisturi o un coltello - una ciotola - un pestello - un imbuto - carta da filtro - un provettone - dell’alcol - una beuta - una bacchetta di vetroEsecuzionea. Prepara la soluzione di estrazione con 3 g di sale grosso, 50 ml di detersivo liquido per piatti e 50 ml di acqua molto fredda.b. Fai a pezzetti una fettina di cipolla. Pesta i pezzettini in una ciotola e aggiungi la soluzione di estrazione ( 1 ).c. Filtra ciò che hai ottenuto e recupera il filtrato in un provettone ( 2 ).d. Versa nel provettone una quantità di alcol uguale al filtrato ( 3 ). Osserva.e. Raccogli i filamenti di DNA arrotolandoli intorno a una bacchetta di vetro ( 4 ).RisultatiI filamenti bianchi che compaiono sono il DNA della cipolla.Un modello per un cromosomaOsserva il modello e spiega com’è possibile che un cromosoma di 5 μm di lunghezza contenga 8 cm di DNA.
3 Il DNA, un codice per la vita Il costituente fondamentale dei cromosomi è una sostanza individuata nel nucleo delle cellule per la prima volta nel 1869, chiamata D.N.A., sigla di acido desossiribonucleico, nome che indica la sua natura chimica. La struttura del DNA è stata invece scoperta dagli scienziati James D. Watson e Francis Crick, che nel 1953 ne costruirono un modello ( 5 ). Il DNA è la più grande molecola naturale presente negli esseri viventi ma, dal punto di vista chimico, è piuttosto semplice: è costituita dal ripetersi di quattro diverse unità fondamentali, dette nucleotidi. Ogni nucleotide è formato da ( 6 ): una molecola di acido fosforico; una molecola di zucchero desossiribosio; una base azotata che può essere di quattro tipi: adenina, citosina, guanina e timina. La struttura del DNA è invece piuttosto complicata.- una molecola di acido fosforico;- una molecola di zucchero desossiribosio;- una base azotata che può essere di quattro tipi: adenina, citosina, guanina e timina.La struttura del DNA è invece piuttosto complicata.6 Modello di un nucleotide. Lo zucchero desossiribosio è rappresentato come un cilindro: in realtà ha una molecola pentagonale.Qual è la struttura del DNA?Nel disegno 7 il DNA è rappresentato come una “scala a pioli”; nel disegno 8 la “scala” viene avvolta a spirale e forma una doppia elica. I “pioli” della scala sono formati da due basi azotate legate fra loro. Se osservi con attenzione, noterai che le basi non si legano a caso, ma che l’adenina ( ) si lega sempre con la timina ( ) e la guanina ( ) sempre con la citosina ( ). Queste coppie sono dette basi complementari. Le “corde” della scala invece sono costituite dalle molecole di acido fosforico e di zucchero desossiribosio. La molecola di DNA è dunque formata da due filamenti di DNA complementari avvolti a doppia elica e costituiti da milioni di nucleotidi. Anche se le basi azotate sono solo quattro, la sequenza di combinazioni possibili è enorme; l’informazione genetica è “scritta” proprio nella specifica sequenza delle basi: cambiare l’ordine delle basi significa cambiare il patrimonio genetico. La molecola di DNA possiede una capacità che la rende unica fra tutte le molecole organiche: essa è in grado di riprodursi per duplicazione, è cioè capace di costruire una copia esatta di se stessa. Analizza Come viene rappresentato il DNA nel disegno?Da che cosa sono formati i “pioli” della scala?Da che cosa sono costituite le due “corde”?Come si legano tra loro le basi azotate? HAI CAPITO CHE... I cromosomi contengono l’acido desossiribonucleico (D.N.A.). Il DNA è una molecola costituita da unità fondamentali che si ripetono, i nucleotidi. Ogni nucleotide è caratterizzato da una base azotata (adenina, citosina, guanina o timina). Una molecola di DNA ha una struttura a doppia elica formata da due filamenti complementari composti da milioni di nucleotidi. È in grado di riprodursi per duplicazione. Come avviene il processo di duplicazione del DNA?La duplicazione del DNA avviene all’inizio di ogni riproduzione cellulare, sia delle cellule somatiche (mitosi), sia di quelle sessuali (meiosi). Prima della mitosi i cromosomi si duplicano in modo che le cellule figlie abbiano un patrimonio genetico intero e non dimezzato. Prima della meiosi la duplicazione avviene invece perché le cellule sessuali abbiano ognuna un patrimonio genetico pari alla metà di quello iniziale. Come sai, infatti, durante la meiosi si hanno due divisioni cellulari. Osserva il seguente disegno: Prima della riproduzione cellulare, la doppia elica di DNA si svolge e, grazie a un enzima, i legami chimici tra le basi si spezzano; si originano così due filamenti separati formati ciascuno da una sola serie di nucleotidi ( 1 ). Nel nucleo delle cellule si trovano dei nucleotidi liberi che vanno a legarsi, grazie all’intervento di un altro enzima, a quelli presenti sui filamenti separati: un nucleotide con adenina si lega a un nucleotide con timina, quello con citosina a un nucleotide con guanina ( 2 ). Alla fine di questo processo, su ogni filamento “vecchio” di DNA si è formato un filamento nuovo esattamente uguale a quello originario ( 3 ). Attraverso la duplicazione, da una molecola di DNA se ne sono formate due uguali, ognuna delle quali possiede un filamento della vecchia molecola. Analizza Quando una cellula sta per riprodursi, che cosa accade alla doppia elica del DNA ( 1 )?Che cosa si lega ai nucleotidi rimasti sui filamenti aperti del DNA ( 2 )?Che cosa si ottiene alla fine della duplicazione ( 3 )? HAI CAPITO CHE... Poco prima della riproduzione cellulare, all’interno del nucleo di ogni cellula (somatica o sessuale) avviene la duplicazione del DNA. I filamenti della molecola di DNA avvolti a doppia elica si separano e ciascuna delle due metà si unisce ai nucleotidi liberi presenti nel nucleo della cellula, formando una nuova molecola. >> LABORATORIOEstrai il DNAMaterialiSale grosso - detersivo liquido per piatti - acqua molto fredda - una cipolla - un bisturi o un coltello - una ciotola - un pestello - un imbuto - carta da filtro - un provettone - dell’alcol - una beuta - una bacchetta di vetroEsecuzionea. Prepara la soluzione di estrazione con 3 g di sale grosso, 50 ml di detersivo liquido per piatti e 50 ml di acqua molto fredda.b. Fai a pezzetti una fettina di cipolla. Pesta i pezzettini in una ciotola e aggiungi la soluzione di estrazione ( 1 ).c. Filtra ciò che hai ottenuto e recupera il filtrato in un provettone ( 2 ).d. Versa nel provettone una quantità di alcol uguale al filtrato ( 3 ). Osserva.e. Raccogli i filamenti di DNA arrotolandoli intorno a una bacchetta di vetro ( 4 ).RisultatiI filamenti bianchi che compaiono sono il DNA della cipolla.Un modello per un cromosomaOsserva il modello e spiega com’è possibile che un cromosoma di 5 μm di lunghezza contenga 8 cm di DNA.