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Il DNA è una lunga e flessibile molecola a doppia elica che si trova in ogni cellula di ogni organismo vivente. Questa molecola è composta da quattro subunità: Adenina, Timina, Citosina e Guanina. Queste subunità, chiamate nucleotidi, sono i pioli della scala nel diagramma a destra e sono disposte in una sequenza specifica che spesso codifica la produzione di proteine. Tuttavia, queste sequenze sono utilizzate non solo per la produzione di proteine, ma anche per la formazione di fattori di regolazione delle proteine. Questa è la parte che ci interessa! Vogliamo capire come la sequenza del DNA può determinare il momento e la quantità di produzione di una determinata proteina da parte della cellula.
Le proteine sono anche composte da subunità chiamate amminoacidi che formano legami relativamente forti tra loro: i legami peptidici. Queste catene di molecole adottano strutture tridimensionali che determinano la loro funzione. Potete vedere bellissimi esempi di proteine in interazione 3D nelle pagine di Proteopedia o di "The Protein Data Bank 101" dove ho trovato questo bellissimo video sulle proteine e la loro struttura.
Il DNA nella cellula non è mai solo, ma è legato a proteine. Queste proteine possono confezionarlo, proteggerlo, ripararlo, copiarlo quando le cellule si dividono e regolare l'espressione dei geni che codificano altre proteine. Nelle cellule batteriche, i complessi proteina-DNA tendono ad essere molto dinamici, con le proteine che si muovono costantemente sul DNA. D'altra parte, le cellule eucariote hanno un'organizzazione più stabile dei cromosomi, specialmente in specifiche regioni "geneticamente silenziose" chiamate eterocormatina.
Ogni cellula ha bisogno di DNA. Quando una cellula si divide in due, deve copiare il suo DNA in modo che ogni cellula figlia abbia un genoma completo. Questo è il processo di replicazione del DNA.
Qui sotto ci sono due immagini da Wikipedia che mostrano la proteina Cro legata al DNA. Nella prima immagine, la proteina è rappresentata sia in un modello di riempimento dello spazio (sotto), che mostra più precisamente il volume reale della proteina, o con un modello che mostra il percorso della catena di aminoacidi (sopra). Il DNA caricato negativamente diventa leggermente distorto nei suoi tentativi di avvolgere la proteina caricata positivamente.
Nella seconda immagine, il DNA è maggiormente distorto. Questo accade quando il DNA si avvolge intorno a proteine organizzative chiamate istoni. Questo complesso DNA-proteina è chiamato nucleosoma e dà al DNA la capacità di impacchettare e condensare le informazioni genetiche nei cromosomi.
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