Esercizi: Gli acidi nucleici

Quali tre componenti formano un nucleotide? Indica in che cosa si differenzia un nucleotide di DNA da un nucleotide di RNA.

Indica le basi azotate presenti nel DNA e nell'RNA, e specifica quale base è esclusiva di ciascuno di essi.

Osserva lo schema di un nucleotide e identifica le tre strutture indicate con i numeri 1, 2 e 3, specificando il nome chimico di ciascuna.

Spiega le caratteristiche essenziali del modello a doppia elica di Watson e Crick: disposizione e orientamento delle due catene, posizione delle basi azotate e tipo di legami che mantengono unita la struttura.

Nel frammento di DNA dello schema sono mostrate solo le basi di uno dei filamenti. Scrivi le basi che dovrebbero occupare le posizioni contrassegnate con ? nel filamento complementare e enuncia la regola che hai applicato.

Se un filamento di DNA ha la sequenza 5'-ATGCCGTA-3', scrivi la sequenza completa del filamento complementare indicandone la polarità (estremità 5' e 3') e spiega che cosa significa che i due filamenti sono antiparalleli.

In un filamento di una molecola di DNA l'adenina costituisce il $28\ \%$ delle basi e la timina il $12\ \%$. Calcola le percentuali di ciascuna base azotata nel filamento complementare e nella molecola di DNA completa, motivando ogni passaggio a partire dalle relazioni di Chargaff e spiegando perché non si può conoscere la ripartizione tra guanina e citosina all'interno di ciascun filamento separatamente.

In un laboratorio si purificano tre campioni sconosciuti di acidi nucleici (A, B e C) a partire da frazioni subcellulari di un eucariote e di un virus animale:

• Campione A: Si idrolizza rapidamente in ambiente alcalino (pH basico). Contiene un pentoso con un gruppo ossidrile sul carbonio 2' e le basi A, G, C e U. Viene isolato dal nucleo, dal citosol e legato alla membrana del reticolo endoplasmatico rugoso.

• Campione B: È resistente all'idrolisi alcalina; contiene timina e il rapporto $(\text{A}+\text{G})/(\text{T}+\text{C})$ è esattamente uguale a $1{,}0$. Viene isolato sia dall'interno del nucleo sia dalla matrice dei mitocondri.

• Campione C: Proviene dal virus. Contiene desossiribosio e timina, ma la sua analisi delle basi fornisce un $34\ \%$ di A, un $18\ \%$ di T, un $28\ \%$ di G e un $20\ \%$ di C.

1. a) Identifica in modo motivato di quale tipo di acido nucleico (DNA o RNA) si tratti per ciascun campione, a partire dalla sua composizione chimica (zucchero e basi) e dalla sua reattività.
2. b) Interpreta la struttura spaziale dei campioni B e C: spiega perché il campione B rispetta le regole di Chargaff e il C no, indicando se ciascuno è a singolo filamento o a doppio filamento.
3. c) Confronta la localizzazione e la funzione del campione B con i tre tipi principali in cui è organizzato funzionalmente il campione A all'interno della cellula eucariote.

Nell'ambito dell'astrobiologia si analizza un polimero informativo isolato da un meteorite. Il composto è un acido nucleico a doppio filamento di desossiribonucleotidi uniti da legami fosfodiesterici. Uno degli scienziati propone che questa molecola potrebbe aver dato origine da sola a un metabolismo primitivo extraterrestre, agendo contemporaneamente come deposito genetico e come catalizzatore metabolico primigenio, in analogia con l'ipotesi terrestre del «mondo a RNA».

1. a) Confuta la proposta dello scienziato: giustifica, basandoti sulle differenze molecolari tra RNA e DNA (presenza del gruppo 2'-OH nel ribosio e struttura a singolo filamento rispetto a doppio filamento), perché questo DNA a doppio filamento è molto meno adatto dell'RNA ad assumere conformazioni con attività catalitica (come i ribozimi).
2. b) Spiega perché la scoperta che l'RNA possiede attività enzimatica ha risolto il classico paradosso dell'origine della vita su quale macromolecola sia comparsa per prima (acidi nucleici o proteine).
3. c) Se l'RNA presenta una maggiore versatilità funzionale, ragiona su quali vantaggi evolutivi ha apportato il DNA a doppio filamento perché la selezione naturale lo fissasse come materiale genetico universale degli esseri viventi cellulari.

Sfida del tema. Audit biomolecolare della tua dispensa.

Ti sei mai chiesto come si traducono i bioelementi che studi in ciò che mangi ogni giorno? Esaminerai un alimento reale della tua cucina (legume, cereale o derivato del latte) integrando tutti i livelli molecolari.

1. Raccolta dei dati: seleziona l'alimento e consulta la sua composizione nutrizionale per ogni $100\text{ g}$ nella banca dati spagnola della composizione degli alimenti (BEDCA) o sulla sua etichetta: acqua, bioelementi e sali (come $Na^+$ o $Fe^{2+}$), carboidrati, lipidi e proteine.

2. Deduzione degli acidi nucleici: poiché le tabelle nutrizionali non quantificano il DNA/RNA, ragiona e stima qualitativamente la loro presenza considerando l'origine cellulare (tessuto animale o vegetale) e il grado di lavorazione industriale.

3. Relazione motivata: elabora una tabella adattata alla tua porzione abituale (es. $65,5\text{ g}$) e scrivi una proposta di sintesi che giustifichi la funzione cellulare di ciascuna frazione: omeostasi osmotica di acqua/ioni, bilancio energetico di carboidrati rispetto a lipidi, funzione strutturale/enzimatica delle proteine e riciclo dei nucleotidi.

Verranno valutati:

• Rigore nell'ottenimento dei dati quantitativi e correttezza delle unità.

• Capacità deduttiva nel fondare l'esistenza e la funzione del materiale genetico consumato.

• Precisione concettuale nel mettere in relazione la struttura chimica di ogni biomolecola con il suo ruolo metabolico.