DNA

La ‘logica del vivente’ e la nascita della biologia molecolare

di Sergio Barocci

[  continua dalla 1° e dalla 2° parte:
Storia della scoperta degli acidi nucleici: prima della strutturistica di Watson e Crick
La scoperta della doppia elica del DNA”  ]

Kornberg e la scoperta della DNA polimerasi

La ricerca di un enzima che sintetizzasse il DNA fu iniziata da A. Kornberg e dai sui collaboratori nel 1956. Questa ricerca si dimostrò presto fruttuosa soprattutto perché vennero fatte tre scelte ispirate:

1.  Quali erano i precursori attivati del DNA ? Venne correttamente dedotto che i deossiribonucleotidi 5’ trifosfato erano gli intermedi attivati

2.  Quale era il criteri di sintesi del DNA ? Si riteneva che la quantità di DNA sintetizzato doveva essere piccola e che pertanto era essenziale un metodo di dosaggio molto sensibile per cui si utilizzarono come precursori dei nucleotidi radioattivi. L’incorporazione di questi precursori nel DNA era rivelata misurando la radioattività di un precipitato acido della miscela di incubazione. ( Il DNA viene precipitato dall’acido tricloacetico mentre i nucleotidi rimangono in soluzione)

3.  Quale specie di cellule si dovevano analizzare?

esprimento di Kornberg

esprimento di Kornberg

Si utilizzarono delle cellule batteriche dopo esperimenti iniziali di cellule di animali. Il batterio Escheria coli fu scelto in quanto possedeva un ampio tempo di replicazione di soli 20’ e poteva essere ottenuto in grande quantità e come ci si aspettò questo batterio rappresentava un’ottima fonte di enzimi che sintetizzavano il DNA
L’esprimento di Kornberg consistette in un estratto di E.coli che conteneva come enzima la DNA polimerasi che aggiunse ad una soluzione salina contenente molecole di DNA e quattro deossinucleotidi comprendenti timina marcata radioattivamente ( marcata con 14 C ) .

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La scoperta della doppia elica del DNA

di Sergio Barocci

[  continua dalla 1° parte:
Storia della scoperta degli acidi nucleici: prima della strutturistica di Watson e Crick”  ]

modello della struttura del DNA[…] Si arrivò così alla vigilia della scoperta della doppia elica del DNA: da sei anni Avery e collaboratori avevano pubblicato il loro classico lavoro in cui si dimostrava che il princìpio trasformante era il DNA . Insieme a scoperte successive , il lavoro di Avery e collaboratori ha costituito una prova sperimentale che il DNA e non le proteine rappresentava la molecola biologica dell’ereditarietà segnando l’inizio dell’era della biologia molecolare, anche se tale lavoro ebbe poco credito nella comunità scientifica di allora.
L’importanza del DNA nel meccanismo dell’ereditarietà divenne totale con l’esperimento del frullatore da parte di Alfred D. Hershey e di Martha Chase attraverso lo studio di batteri e batteriofagi. Tale esperimento a detta dello stesso Hershey, non rappresentava di certo l’esperimento migliore tra i tanti che consacrarono il DNA come la molecola portatrice dell’ereditarietà biologica.
Anche se era stato stabilito che il DNA era il materiale genetico di tutti gli organismi ad eccezione di alcuni virus e fornito alcuni dettagli su come alcuni componenti chimici di base costituivano gli acidi nucleici, rimaneva ancora da decifrare la struttura precisa del DNA cioè come venivano organizzate le catene polinucleotidiche in DNA che funzionava da materiale genetico.

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Storia della scoperta degli acidi nucleici. 1° parte: prima della strutturistica di Watson e Crick

di Sergio Barocci

INTRODUZIONE

DNA - cromosoma - nucleo - cellulaLa storia dei due acidi nucleici DNA (acido desossiribonucleico) e RNA (acido ribonucleico) è la storia stessa della biologia molecolare, una scienza che studia e interpreta a livello molecolare i fenomeni biologici, considerando la struttura, le proprietà e le reazioni delle molecole chimiche di cui gli organismi viventi sono costituiti.

E’ infatti, attraverso una serie di scoperte spesso indipendenti e anche spesso ignorate per anni, anche se apprezzate occasionalmente con una certa rapidità, attorno alla doppia elica del DNA, che si è venuta così a costruire negli anni questa scienza quanto mai ricca di interesse e potenzialità.
La biologia molecolare nasce dalle indagini cristallografiche sulle molecole biologiche negli anni ’30 del secolo scorso e incomincia ad affermarsi i maniera definitiva negli anni ’50 come scienza autonoma con gli studi sulla struttura del DNA ad opera di J. Watson e F. Crick anche se non è noto con certezza chi abbia usato per primo il nuovo termine. In effetti, una delle prime menzioni scritte la si trova nel titolo di una “ Harvey Lecture “ dal titolo Avventure in biologia molecolare, tenuta da un certo William T. Astbury, uno strutturista scozzese.

W. T. Astsbury

W. T. Astsbury

William Thomas Astbury (1898 – 1961), fisico inglese, noto per i suoi pioneristici studi di diffrazione a raggi X sulle molecole biologiche.

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Vivente e non-vivente nell’ottica chimica

di Giovanni Villani

Sulle problematiche della vita, sulle sue definizioni, e sullo studio dei viventi in generale, la chimica ha svolto un ruolo fondamentale, non molto noto nel campo dei “non addetti ai lavori”.  È oggi ben noto che molta parte delle spiegazioni biologiche si fondano sulla biochimica, ma che questo approccio non sia recente e che da secoli la chimica è stata uno dei modi di spiegazione del mondo vivente, questo è sicuramente meno noto.
Salvador DalìLa chimica è da tempo la disciplina scientifica che opera sia nel piano macroscopico sia in quello microscopico con l’ausilio di concetti sistemici. Anche senza saperlo, quando nella seconda metà del XIX secolo furono elaborati nella forma attuale i concetti di composto chimico e di molecola, nacque la prima scienza sistemica: la chimica (Villani, 2010). Nella rimozione della dicotomia tra il vivente e il non-vivente, quindi, essa può svolgere un duplice ruolo. La sua autonomia, la sua irriducibilità alla fisica, moltiplica e stempera le differenze. L’idea è che gli enti strutturati/organizzati sono presenti in tutti gli ambiti e, quindi, creano differenze epistemologiche e non dicotomie. Dall’altro lato, come scienza sistemica, essa lavora con un mondo pluralistico in cui milioni di enti (molecole/composti) sono soggetti e oggetti di spiegazione e fa da ponte tra il mondo “semplice” della fisica e quello “prorompente” della biologia.

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la chimica imparata prima di chiamarla chimica: racconto autobiografico della chimica scolastica sotto i 15 anni

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Il mio primo ricordo in assoluto in fatto di chimica imparata a scuola risale agli anni delle elementari, ovvero di quella che viene oggi denominata scuola primaria.   Epoca di maestro unico, di tempo non sempre così pieno e di un rapporto di conoscenza profonda e di empatia tra insegnante ed alunni che non sono certo appartenga ancora alla scuola italiana contemporanea.
La chimica alle scuole elementari in realtà evoca in me almeno tre ricordi distinti: gli atomi appunto, la plastica ed il DNA.

la mia scuola elementare - ingressoPremetto a ragione del vero che, a differenza di quanto questi tre semplici aneddoti potrebbero suggerire, il Maestro che mi ha seguito in modo esclusivo ed ininterrotto per 5 anni, che mi ha insegnato non soltanto a leggere, a scrivere e a disegnare, ma anche ad amare le scienze e a coltivare passione ed interesse per la complessità del mondo naturale, rappresenta senza dubbio una delle figure umane alle quali debbo di più in termini di formazione della mia coscienza e consapevolezza, scientifica ma non soltanto.
Allevavamo in classe tartarughe marine di varie specie, pesci ed anfibi, insieme a piante terrestri e lacustri di ogni tipo, ed il maestro ci coinvolgeva spesso nelle operazioni manuali di manutenzione e gestione di questi piccoli mondi e dei loro abitanti.  

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alcune delle molecole che hanno cambiato il mondo… nel suo rapporto con la chimica

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Non è raro che fra chimici ci si ponga talvolta il quesito: quali sono le (poche) molecole che hanno realmente cambiato il mondo?  Sull’argomento sono stati scritti saggi di divulgazione scientifica di successo (es. “I bottoni di Napoleone – come 17 molecole hanno cambiato la storia” – P. Le Conteur, J. Burreson – Longanesi, 2007), una moltitudine di articoli e di post sui blog scientifici e non, nonché un’edizione del Carnevale della Chimica, la tredicesima datata gennaio 2012, della quale questo intervento costituisce parte integrante.
i bottoni di napoleone - come 17 molecole hanno cambiato la storia” - P. Le Conteur, J. Burreson - Longanesi, 2007Gli elenchi delle molecole proposte annoverano per lo più le “invenzioni” (sempre in termini molecolari, naturalmente) che hanno consentito, direttamente o permettendo a loro volta la costruzione di manufatti più complessi, il miglioramento della qualità (nonché della durata) della nostra vita, fino a rendersi a tutti gli effetti indispensabili, sempre che non si accetti collettivamente di ritornare nelle condizioni di esistenza di alcuni secoli or sono.   La prospettiva secondo la quale queste molecole sono selezionate è quindi per lo più di tipo utilitaristico e funzionale alla loro applicazione, incanalandosi in questo modo in quell’importantissimo filone – ma pur sempre di un filone si tratta – della chimica applicata ed industriale, per intenderci quella per mezzo della quale vengono realizzati prodotti su larga scala, quelli che entrano alla fine nelle nostre case e con i quali possiamo avere a che fare tutti i giorni.

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