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3. La doppia elica del DNA:
nasce la biologia molecolare
Watson e Crick proposero il modello
molecolare del DNA
Dopo che era stato chiarito il ruolo del DNA come vettore
dell’informazione ereditaria, alcuni laboratori si dedicarono
allo studio della sua struttura fisica. Tre ricercatori britannici,
Maurice Wilkins
,
Rosalind Franklin
e
Raymond G. Go-
sling
, iniziarono studi su microcristalli di DNA applicando una
tecnica nota come
diffrazione ai raggi X,
grazie alla quale
ottennero importanti informazioni sulla struttura dell’acido
nucleico: questo risultò essere una molecola regolare avvolta
a elica.
I dati cristallografici orientarono gli sforzi comuni dei bio-
logi molecolari
James D. Watson
e
Francis H. Crick
che co-
struirono un modello molecolare di una doppia elica conforme
alle misurazioni da questi eseguite: essa aveva l’aspetto di una
scala a pioli avvolta su se stessa caratterizzata da un’ampiezza
costante di 2 nm. Sappiamo già che le due eliche sono formate
da molecole alternate di zucchero ribosio e gruppi fosfato e le
basi azotate risultano rivolte verso l’interno nella struttura a
doppia elica.
L’appaiamento delle basi non poteva essere casuale, poi-
ché doveva rispettare la costanza della larghezza totale della
molecola, per cui i due studiosi scartarono le combinazioni
“purina + purina” e “pirimidina + pirimidina” che avrebbero
portato, rispettivamente, a una larghezza maggiore o minore
di 2 nm. Solo l’appaiamento “purina + pirimidina” garantiva la
costanza della distanza dei due filamenti di DNA, proprietà che
conferiva alla struttura una notevole stabilità.
Un’ulteriore specificità, correlata alla natura dei gruppi la-
terali delle basi, portava l’adenina ad appaiarsi esclusivamente
con la timina, grazie alla formazione di due legami a idrogeno,
e la citosina solo con la guanina, grazie all’instaurarsi di tre
legami a idrogeno.
Il modello permetteva di dare una spiegazione anche
ai dati ricavati dal biochimico
Erwin Chargaff
, il quale nel
1952 aveva dimostrato come il contenuto di basi puriniche
e pirimidiniche del DNA di specie diverse cambiava da una
specie all’altra, mentre
il loro rapporto (adenina verso timina e
guanina verso citosina) restava costante in tutte le cellule di tutti
gli individui di una stessa specie
: l’appaiamento proposto da
Watson e Crick giustificava tali equivalenze.
La scoperta di Watson e Crick costituisce una pietra miliare
nella storia della biologia: nasce con essa la
biologia moleco-
lare
. Le sue acquisizioni nei decenni successivi hanno consen-
tito di approfondire le conoscenze sui meccanismi dell’eredità
biologica e dell’espressione dei geni e hanno aperto nuove
prospettive teoriche e pratiche, tra cui quelle relative agli in-
terventi sui geni, cioè all’
ingegneria genetica
.
C
hiave
di
lettura
4. Il flusso dell’informazione
genica
L’ordine cellulare dipende
dalle informazioni contenute nel DNA
e dalla sua capacità di trasmetterle
Il modello della doppia elica proposto per il DNA da
Watson e Crick possiede le caratteristiche indispensabili che
qualsiasi programma deve avere per essere ereditario.
Tale modello contiene un
progetto
ovvero delle infor-
mazioni: il DNA rappresenta una sorta di biblioteca in cui
sono depositate le caratteristiche ereditarie proprie di ciascun
vivente. Si tratta di un progetto che, a differenza di quello
preposto alle costruzioni umane, per esempio un grattacielo
opera di un architetto, è interno alla stessa struttura cellulare e
si esprime tramite una specifica sequenza di basi azotate.
Proprio grazie alla struttura a doppia elica, il DNA può es-
sere facilmente duplicato: la
duplicazione
, infatti, è il presup-
posto alla trasmissione delle informazioni da una cellula madre
alle cellule figlie ed è attuato grazie alla complementarietà delle
basi. Questa proprietà consente a un filamento di DNA di fare
da stampo per un altro filamento nuovo la cui sequenza di basi
è dunque predeterminata da quella del filamento parentale.
La realizzazione del progetto, ossia delle informazioni
contenute nel DNA, si concretizza attraverso la
sintesi delle
proteine
e costituisce l’espressione dell’informazione gene-
tica del vivente, che può così presentarsi come una specifica
struttura ordinata (
fig. 13
).
Il DNA può subire delle trasformazioni: ciò è il presuppo-
sto all’evoluzione dell’informazione contenuta nel programma
e, quindi, all’adattamento del vivente all’ambiente in continua
C
apitolo 12
j
Le basi molecolari dell’ereditarietà
15
Cruciverba
VERIFICA FLASH
1. In base a quali osservazioni si cominciò a pensare al DNA
come materiale genetico?
2. Che cosa dimostrò Griffith con i suoi esperimenti?
3. Che cosa dimostrarono Hershey e Chase con i loro esperi-
menti?
4. Qual è la differenza tra il fago usato da Hershey e Chase e
il virus del mosaico del tabacco?
5. Perché la scoperta di Avery non venne subito accettata dai
biologi?
6. Su quali elementi si fondava l’approccio metodologico di
Hershey, Chase e Singer?
7. Quale rilievo ha avuto, nella biologia, la scoperta di Watson
e Crick?
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hiave
di
lettura
Animazione
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