Il DNA (acido desossiribonucleico) è un acido nucleico che contiene le informazioni genetiche necessarie alla biosintesi di RNA e proteine. Dal punto di vista biochimico, il DNA è organizzato per stadi successivi: si ha quindi una struttura primaria, una secondaria e una terziaria.
La struttura primaria del DNA è costituita da un filamento polinucleotidico in cui gli zuccheri (il desossiribosio) e i gruppi fosfato hanno un ruolo strutturale, e la sequenza delle basi azotate caratterizza l’acido nucleico. Ogni filamento di polimero ha un’estremità 5’ fosforilata e un’estremità 3’ con l’ossidrile dello zucchero libero per potersi legare al nucleotide successivo.
A pH cellulare ogni gruppo fosfato ha un OH ionizzato e per questo DNA e RNA vengono detti acidi nucleici.
Raramente in natura il DNA si trova sotto forma di filamento semplice, esso si organizza in una struttura secondaria e terziaria.
I primi a proporre un modello di struttura secondaria del DNA furono Watson e Crick (premio Nobel per la medicina nel 1962). La struttura secondaria è organizzata in due filamenti appaiati e complementari che si avvolgono a spirale intorno un asse comune e che procedono in direzioni opposte. I due filamenti sono accoppiati mediante ponti-idrogeno fra coppie di basi complementari Adenina/Timina e Guanina/Citosina. Tali accoppiamenti favoriscono il maggior numero di legami idrogeno (due per Adenina/Timina e tre per Guanina/Citosina) e la massima stabilità alla struttura.
Gli appaiamenti non sono casuali: l’adenina può appaiarsi solo alla timina, formando due legami idrogeno; la citosina si appaia solo alla guanina, formando tre legami a idrogeno.
A causa degli appaiamenti obbligati tra le basi, la sequenza (cioè l’ordine in cui si susseguono i nucleotidi nel polimero) di un filamento della doppia elica non potrà essere identica a quella dell’altro filamento, ma sarà complementare.
In virtù della complementarietà, conoscendo la sequenza di un filamento è possibile ricavare quella del filamento opposto.
Si considera primo nucleotide di un filamento di DNA quello con l’estremità 5′-fosfato non impegnata in un legame; l’ultimo sarà quello con l’estremità 3′-OH libera. Per via della complementarietà delle basi, i filamenti opposti di DNA sono orientati in senso antiparallelo, ovvero alla sequenza da 5′ a 3′ di un filamento, corrisponde la sequenza complementare dell’altro ma orientata da 3′ a 5′.
Nelle cellule eucariotiche, la lunghezza del DNA può raggiungere anche i due metri con circa 1 miliardo di basi accoppiate. Per questo motivo, date le ridotte dimensioni del nucleo cellulare, è necessario uno stivaggio particolarmente compatto che costituisce la struttura terziaria. Il DNA si avvolge quindi intorno ad istoni con formazione di nucleosomi e successivamente forma una struttura detta cromatina. Quest’ultima si organizza in cromosomi che poi costituiscono il genoma.