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L'importanza del codice genetico risiede nella sua capacità intrinseca di dare origine alle proteine, le unità di base della struttura e della funzione in ogni cellula vivente. Tutti gli organismi contengono RNA o DNA come codice genetico. I primi organismi usavano l'RNA, o acido ribonucleico, come codice per produrre proteine. Con l'aumentare della complessità delle forme di vita, il DNA, o acido desossiribonucleico, ha sostituito l'RNA come messaggio enigmatico che le cellule traducono in processi vivificanti, ma l'RNA ha mantenuto funzioni speciali legate al DNA e alla produzione di proteine. L'RNA può svolgere le funzioni sia delle proteine che del DNA in alcuni organismi, con minore efficienza.
Composizione e struttura
Il DNA è una struttura più grande ed estesa dell'RNA. Il DNA contiene due catene che si completano a vicenda e si connettono tramite legami chimici. L'RNA è costituito da un singolo filamento. Il DNA è simile a una scala a chiocciola, mentre l'RNA è solo una metà della scala. L'RNA utilizza il ribosio come zucchero componente, mentre il DNA utilizza il desossiribosio, che è esattamente lo stesso del ribosio, meno un atomo di ossigeno.
Entrambi gli acidi nucleici hanno nucleotidi, strutture costituite da molecole di zucchero alternate e fosfati legati a un'altra molecola - una base azotata. Zuccheri e fosfati alternati tra loro formano i "gradini della scala". Le basi azotate (purine e pirimidine) pendono dalla componente zuccherina. Sia il DNA che l'RNA contengono le purine adenina e guanina. Il DNA utilizza le pirimidine citosina e timina, mentre l'RNA utilizza citosina e uracile.
Funzioni
Il DNA ha una funzione unica e centrale nelle cellule: immagazzinare il codice dell'informazione genetica. Esistono tre diversi tipi di RNA nelle cellule e ogni tipo ha una struttura e una funzione specifiche. L'RNA messaggero (mRNA) viene creato quando la cellula ha bisogno di produrre proteine. Durante il processo, chiamato trascrizione, un segnale innesca i filamenti di DNA e l'mRNA si forma lungo il singolo filamento di DNA, nucleotide per nucleotide. Il singolo filamento di mRNA viaggia verso un ribosoma. L'RNA ribosomiale o rRNA fa parte dei ribosomi, strutture in cui vengono sintetizzate le proteine. L'RNA di trasferimento, o tRNA, trasporta gli amminoacidi - le unità di base che producono le proteine - nei ribosomi, per attaccarsi al filamento di mRNA. Ogni tRNA contiene un singolo amminoacido specifico. La proteina è costruita lungo la catena dell'mRNA, un amminoacido alla volta. Una volta che il tRNA rilascia l'amminoacido, ne prende un altro e ritorna al sito di sintesi proteica.
Distribuzione
Il DNA si trova in aree specifiche delle cellule o rimane all'interno del nucleo, dove è protetto dall'involucro nucleare. L'RNA, che si presenta in numero maggiore del DNA, si diffonde in tutte le cellule. L'mRNA non esiste fino a quando un segnale dal nucleo non richiede la sintesi proteica e la catena di mRNA inizia a formarsi davanti al modello di DNA nel nucleo. All'interno dei ribosomi, l'rRNA mantiene la proteina in posizione. Nel frattempo, le molecole di tRNA galleggiano nel citoplasma, la sostanza gelatinosa che forma l'interno di una cellula. Mentre un filamento di mRNA è tenuto in posizione dal ribosoma, il tRNA si muove intorno al citoplasma alla ricerca di amminoacidi fluttuanti specifici per determinate unità di tRNA.
Stabilità
L'RNA sembra essere stato il precursore del DNA, ma nel tempo il DNA si è dimostrato più adatto al compito di immagazzinare materiale genetico. Il DNA è strutturalmente più stabile dell'RNA, in parte a causa della composizione della sua porzione di zucchero. Il desossiribosio, che manca di un atomo di ossigeno, non reagisce prontamente come il ribosio. A volte, le molecole di zucchero perdono i loro legami con basi azotate: questi errori si verificano più spesso nell'RNA che nel DNA. Il doppio filamento di DNA stabilizza anche la molecola, impedendo alle sostanze chimiche di distruggerla facilmente.
Poiché il DNA è composto da due filamenti, può essere riparato utilizzando il filamento interessato per assemblare un nuovo filamento opposto. Durante il processo di replicazione, gli errori si verificano più frequentemente nella duplicazione dell'RNA che nel DNA. Infine, l'energia richiesta per rompere l'RNA è inferiore a quella per rompere il DNA, il che significa che l'RNA può essere rotto più facilmente.
Implicazioni per i virus
Un virus, considerato non vivente, può utilizzare sia DNA che RNA come codice genetico e il tipo di acido nucleico altera in modo significativo la potenza del virus. In generale, i virus a RNA tendono a causare malattie più pericolose. Poiché l'RNA è meno stabile del DNA, si trasforma a una velocità 300 volte superiore a quella dei virus a DNA. Mutazioni frequenti fanno sì che i virus a RNA si adattino meglio al sistema immunitario dell'ospite. I virus spesso entrano nei loro ospiti attraverso il corpo attraverso una sorta di trasporto intermedio, chiamato vettore. I virus a DNA hanno più limitazioni dei vettori rispetto ai virus a RNA, il che significa che più organismi possono trasportare e trasmettere virus a RNA. Inoltre, i virus a DNA tendono ad attaccarsi a un ospite, mentre i virus a RNA possono essere in grado di infettare un'ampia gamma di ospiti.