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Gli acidi nucleici sono biocomposti essenziali per gli organismi viventi. Trovati in due forme – acido desossiribonucleico (DNA) e acido ribonucleico (RNA) – queste catene polimeriche sono composte dagli stessi elementi di base e da nucleotidi monomeri simili, ma con differenze specifiche relative alla forma e alla funzione.

Elementi dell’acido nucleico

Ogni nucleotide monomero, e quindi ogni polimero dell’acido nucleico, è composto da un gruppo di cinque elementi. Questi elementi si legano per formare monosaccaridi, gruppi fosfato e nucleobasi, altrimenti note come basi azotate. Sia nell’RNA che nel DNA il gruppo fosfato ha la stessa forma, ma ci sono differenze nelle basi azotate e nelle molecole di zucchero. I cinque elementi necessari per costruire una catena di acido nucleico sono carbonio, idrogeno, ossigeno, azoto e fosforo. L’aggiunta del fosforo rende l’acido nucleico diverso da altre categorie di biocomposti, cioè carboidrati, lipidi e proteine.

Monomeri dell’acido nucleico

Le formule chimiche dei monomeri dell’acido nucleico mostrano le quantità di ogni elemento. I monomeri nucleotidici sono nominati secondo il tipo di base azotata che contengono. Quando sono liberi, questi monomeri possono avere gruppi fosfato supplementari e trovarsi in forme di difosfato, trifosfato o polifosfato. Alla formazione di un polimero di RNA o DNA, i gruppi fosfato aggiuntivi vengono rilasciati, lasciandone solo uno attaccato al monosaccaride. La combinazione di ribosio o deossiribosio e del gruppo fosfato forma la spina dorsale dello zucchero-fosfato. La base azotata è attaccata alla molecola di zucchero. L’aggiunta di un gruppo fosfato al nucleoside creato dallo zucchero e dalla base azotata forma un nucleotide. Il monomero nucleotide ha quindi varie strutture con nomi specifici: la spina dorsale di zucchero-fosfato, il nucleoside e le molecole singolari di base azotata, zucchero pentoso e gruppo fosfato.

Negli acidi nucleici, gli zuccheri pentosi si presentano in due forme diverse, ribosio e desossiribosio. Il primo possiede una molecola di ossigeno supplementare che, in combinazione con l’idrogeno, forma un gruppo idrossile. Questa caratteristica è assente nel desossiribosio.

Le basi azotate sono classificate in base alla dimensione. Le forme a doppio anello, chiamate purine, sono più grandi e lunghe e contengono cinque atomi di azoto. Le forme ad anello singolo, conosciute come pirimidine, contengono da due a tre atomi di azoto e sono più piccole e più corte. Questo è importante nella caratteristica a doppio filamento del DNA e nel processo di traduzione, poiché solo certi accoppiamenti di basi azotate sono possibili (accoppiamenti Watson-Crick). Questi mantengono due filamenti equidistanti l’uno dall’altro. Un mnemonico per aiutare a ricordare quali nucleotidi appartengono a quale gruppo è la frase “Puro come l’oro”; va da sé che le altre basi appartengono al gruppo delle pirimidine. Questo ci dice anche che l’adenina e la guanina non possono creare un legame a doppio filo insieme. Nell’RNA, altre combinazioni di basi sono possibili e sono conosciute come accoppiamenti non-Watson-Crick.

Negli accoppiamenti Watson-Crick, le basi maggiori, l’adenina e la guanina non si accoppiano mai tra loro. Allo stesso modo, le purine non si accoppiano tra loro (citosina, timina e uracile). Nel DNA, l’adenina si accoppia solo con la timina e la guanina con la citosina. Nell’RNA, l’adenina si accoppia con l’uracile e la guanina con la citosina.

Le seguenti immagini mostrano la struttura chimica di ogni tipo di monomero, dove la forma pentagonale del monosaccaride e il suo gruppo fosfato collegato e la nucleobase specifica sono chiaramente definiti.

Adenosina monofosfato (AMP): C10H14N5O7P

Questa formula chimica rappresenta la somma della base purinica adenina (C5H5N5), ribosio (C5H10O5), e acido fosforico (H3PO4), dove le reazioni di condensazione nei siti di legame della molecola perdono due molecole di acqua (2H20). Questa è la forma RNA.

Deossiadenosina monofosfato (dAMP): C10H14N5O6P

Questa formula chimica rappresenta la somma della base purinica adenina (C5H5N5), deossiribosio (C5H10O4), e acido fosforico (H3PO4), dove le reazioni di condensazione nei siti di legame delle molecole perdono due molecole d’acqua (2H20). Questa è la forma del DNA.

Guanosina monofosfato (GMP): C10H14N5O8P

La somma della guanina base purinica (C5H5N5O), del ribosio (C5H10O5) e dell’acido fosforico (H3PO4), dove le reazioni di condensazione nei siti di legame delle molecole perdono due molecole d’acqua (2H20). Questa è la forma RNA.

Deossiguanosina monofosfato (dGMP): C10H14N5O7P

La somma della base purinica guanina (C5H5N5O), deossiribosio (C5H10O4), e acido fosforico (H3PO4), dove le reazioni di condensazione nei siti di legame delle molecole perdono due molecole di acqua (2H20). Questa è la forma del DNA.

Uridina monofosfato (UMP): C9H13N2O9P

La somma della base pirimidina uracile (C4H4N2O2), ribosio (C5H10O5), e acido fosforico (H3PO4), dove le reazioni di condensazione nei siti di legame delle molecole perdono due molecole d’acqua (2H20). Si trova solo nell’RNA.

Monofosfato di citidina (CMP): C9H14N3O8P

La somma della base pirimidina citosina (C4H5N3O), ribosio (C5H10O5), e acido fosforico (H3PO4), dove le reazioni di condensazione nei siti di legame delle molecole perdono due molecole di acqua (2H20). Questa è la forma RNA.

Deossicitidina monofosfato (dCMP): C9H14N3O8P

La somma della base pirimidina citosina (C4H5N3O), deossiribosio (C5H10O4), e acido fosforico (H3PO4), dove le reazioni di condensazione nei siti di legame della molecola perdono due molecole di acqua (2H20). Questa è la forma del DNA.

Monofosfato di timidina (TMP): C10H15N2O8P

La somma della base pirimidina timina (C5H6N2O2), deossiribosio (C5H10O4), e acido fosforico (H3PO4), dove le reazioni di condensazione nei siti di legame delle molecole perdono due molecole di acqua (2H20). Si trova solo nel DNA.