Negli eucarioti il DNA è presente soprattutto nel nucleo come costituente chimico principale dei cromosomi e della cromatina ma è presente anche nei mitocondri e nei plastidi delle cellule vegetali. Il termine DNA sta per acido deossi o desossiribonucleico in cui è contenuto il patrimonio genetico necessario alla crescita, alla riproduzione, alla conservazione e alla trasmissione dei caratteri ereditari che sono caratteristici per ogni specie vivente. L’espressione del patrimonio genetico si esplica attraverso la produzione di specifiche proteine funzionali e strutturali che costituiscono il nostro organismo. Il termine RNA sta per acido ribonucleico che ha invece il compito di decodificare le informazioni genetiche fornite dal DNA che verranno utilizzate per la produzione di specifiche proteine. L’RNA è presente sia nel nucleo, a livello del nucleolo, che nel citoplasma localizzato soprattutto nei ribosomi. Da un punto di vista chimico sia il DNA che l'RNA sono lunghe macromolecole organiche che sono composte da monomeri chiamati monucleotidi. Questi monomeri nucleotidici contengono sempre tre componenti: uno zucchero a cinque atomi di carbonio, a volte indicato come pentoso, un gruppo fosfato e una base azotata eterociclica. DNA Le basi azotate presenti nel DNA sono quattro e precisamente: la citosina, la guanina, la timina e l’adenina che differiscono tra loro per diversa struttura molecolare. Le pirimidine, invece, sono costituite da un solo anello eterociclico e ad esse appartengono la Timina, indicata con la lettera T e la Citosina indicata con la lettera C. Ogni nucleotide del DNA contiene solo una delle quattro possibili basi azotate, appena menzionate. Nel 1953 James Watson e Francis Crick descrissero per la prima volta la struttura del DNA e nell'immaginario collettivo questa scoperta è legata a questi due soli scienziati i quali ricevettero nel 1962, non senza polemiche, il premio Nobel per la medicina. Essi sfruttarono i numerosi gli studi e ricerche non ancora pubblicate, di diffrazione ai raggi x condotte sia da Rosalind Franklin che da Maurice Wilkins i quali permisero di suggerire a Watson e Crick la natura a doppia elica del DNA. Il premio Nobel alla medicina fu attribuito anche a Wilkins mentre la Franklin, morta prematuramente, venne ingiustamente esclusa. Il modello proposto da Watson e Crick prevede che il DNA è composto da due catene polinucleotidiche che decorrono in direzione opposta e sono avvolte a spirale a formare una doppia elica a diametro costante e il suo andamento può essere sia sinistrorso che destrorso. La forma più stabile è quella destrogira. All’ interno della molecola le basi azotate che sono apolari si impacchettano così fortemente tanto da impedire l’entrata dell’acqua e generare quindi un ambiente stabile apolare, mentre la parte esterna è di natura polare grazie alla presenza del gruppo fosfato. Le due catene sono collegate fra di loro mediante legami ad idrogeno che si generano tra le basi azotate rivolte le une verso le altre. La molecola risultante ha un diametro di 2 nm ed è formata da due assi laterali costituiti da residui fosforici e di deossiribosio alternati e da una porzione interna costituita dalle basi azotate. I nucleotidi sono legati fra di loro da un legame fosfodiesterico cioè tra il gruppo fosfato legato al carbonio 5’ del pentoso di un nucleotide e l’atomo di carbonio in posizione 3’ del pentoso del nucleotide successivo. Le due catene sono di polarità opposta e vengono dette antiparallele cioè le posizioni 5’ e 3’ delle molecole di deossiribosio in una catena sono orientate in direzione opposta a quella della catena complementare. Questo vuol dire che ciascuna catena termina ad una estremità con l’atomo di carbonio in posizione 5’ del pentoso libero e all’estremità opposta con l’atomo di carbonio 3’ della catena complementare. Ciascun giro completo della doppia elica si estende per circa 3,4 nm e comprende dieci nucleotidi. L’accoppiamento delle basi azotate delle due catene è altamente specifico. A tal proposito va ricordato che Watson e Crick si avvalsero di studi condotti dal chimico Erwin Chargaff il quale scoprì che in tutte le molecole di DNA, indipendentemente dalla specie, Il numero di residui di A è uguale al numero di residui di T e che il numero di residui di G è uguale al numero di residui di C. Da ciò deriva che la somma delle basi puriniche è uguale alla somma delle basi pirimidiniche. Infatti - l’Adenina che è una purina si appaia sempre e solo con la Timina che è una pirimidina e le due basi azotate si legano mediante 2 legami a idrogeno. - la Guanina che è anch’essa una purina si accoppia sempre e solo con la Citosina che è una pirimidina. In questo caso tra le due basi si generano 3 legami ad idrogeno. RNA Come detto in precedenza l’RNA è una molecola implicata in vari ruoli biologici di codifica, decodifica, regolazione ed espressione dei geni. Innanzitutto la struttura dell'RNA si differenzia dalla quella del DNA in quanto lo zucchero dell’RNA è il ribosio e non il deossiribosio. Al pari del DNA, l’RNA ha come basi azotate, l’Adenina, la Guanina e la Citosina ma a differenza del DNA, in cui è presente la timina, l'RNA contiene l’Uracile. Come la timina, l'uracile è costituito da un singolo anello contenente azoto ed è quindi classificato come pirimidina Mentre il DNA è una molecola a doppio filamento, l'RNA è sempre a singolo filamento ad andamento destrorso che risulta essere più corto del DNA. Esistono tre tipi di RNA: l’RNA messaggero, indicato come mRNA, l’RNA ribosomiale, indicato come rRNA e l’RNA di trasferimento, indicato come tRNA. Essi interagiscono fra di loro provvedendo alla sintesi proteica. L’mRNA rappresenta il 5-10 % dell’RNA totale. Esso funge da stampo necessario alla sintesi proteica, trasferendo l’informazione genetica del DNA dal nucleo al citoplasma sino ai ribosomi. rRNA o RNA ribosomiale L’rRNA ribosomiale rappresenta circa il 75-80 % dell’RNA totale. Non codifica direttamente le proteine, ma è il componente essenziale (circa i due terzi) dei ribosomi, macchine catalitiche che provvedono all'assemblaggio delle proteine, presenti in tutte le cellule viventi. Il ribosoma è una struttura che si auto-assembla in due subunità ripiegate, la subunità maggiore e la subunità minore, costituite dall'RNA ribosomiale, in presenza di 70-80 proteine ribosomiali, che si trovano all'esterno oppure nelle cavità presenti all'interno dell'rRNA ripiegato. tRNA (RNA transfer) L'RNA transfer o RNA di trasporto) è una piccola catena di RNA (costituita da circa 70-90 nucleotidi) che trasferisce un amminoacido specifico di una catena polipeptidica in crescita al sito ribosomiale della sintesi proteica durante la traduzione. La struttura secondaria del tRNA ha una tipica forma a trifoglio presenta siti fondamentali ai fini della sintesi della proteina. Il tRNA ha un sito di attacco per l'amminoacido ed una regione con tre basi (nucleotidi), chiamata anticodone, che riconosce il corrispondente codone a tre basi dell'mRNA attraverso l'appaiamento di basi complementari. Ogni tipo di molecola di tRNA può legarsi ad un solo tipo di amminoacido, ma essendo presenti nel DNA tipi diversi di codoni che specificano uno stesso amminoacido, molti tipi di tRNA con anticodoni differenti possono portare lo stesso amminoacido.
Nei nucleotidi del DNA lo zucchero è il desossiribosio a cinque atomi di carbonio il quale si differenzia dal ribosio per il fatto di presentare un ossigeno in meno a livello del carbonio 2 della molecola.
Infatti le basi azotate possono essere divise in due gruppi distinti: le purine e le pirimidine.
Le purine sono costituite da due anelli eterociclici e ad esse appartengono l’Adenina, indicata con la lettera A e la Guanina indicata con la lettera G.