DNA
L'acido desossiribonucleico (in sigla DNA, dall'inglese DeoxyriboNucleic Acid; meno comunemente, in italiano, anche ADN è un acido nucleico che contiene le informazioni genetiche necessarie alla biosintesi di RNA e proteine, molecole indispensabili per lo sviluppo ed il corretto funzionamento della maggior parte degli organismi viventi.
Dal punto di vista chimico, il DNA è un polimero organico a doppia catena i cui monomeri sono chiamati nucleotidi (desossiribonucleotidi o deossiribonucleotidi). I nucleotidi sono costituiti da tre componenti fondamentali: un gruppo fosfato, uno zucchero pentoso (il desossiribosio, detto anche deossiribosio) e una base azotata che si lega al desossiribosio con un legame N-glicosidico. Le basi azotate che entrano nella formazione dei nucleotidi sono quattro: adenina, timina, citosina e guanina (nell'RNA al posto della timina è presente l'uracile). Il DNA può essere globalmente definito come una doppia catena polinucleotidica (A, T, C, G), antiparallela, orientata, complementare, spiralizzata, informazionale.
L'ordine nella disposizione sequenziale dei nucleotidi costituisce l'informazione genetica, la quale è tradotta tramite il codice genetico negli amminoacidi corrispondenti. La sequenza amminoacidica prodotta, detta polipeptide, forma le proteine. Il processo di traduzione genetica (comunemente chiamata sintesi proteica) è possibile solo in presenza di una molecola intermedia di RNA, che è generata per complementarità con le quattro basi dei nucleotidi del DNA in un processo noto come trascrizione. Tale processo non genera solo filamenti di RNA destinati alla traduzione, ma anche frammenti già in grado di svolgere svariate funzioni biologiche (ad esempio all'interno dei ribosomi, dove l'RNA ha una funzione strutturale). L'informazione genetica è duplicata prima della divisione cellulare attraverso la replicazione del DNA, con cui è trasmessa integralmente nel passaggio tra diverse generazioni cellulari.
DNA e Fisica Quantistica
È stato scoperto che il DNA funziona come una spugna che assorbe la luce: il biofisico e biologo molecolare russo Pjotr Garjajev mise una molecola di DNA in una cuvetta di quartz e vide che assorbiva tutti i fotoni di luce, conservandoli poi sotto forma di una spirale! Infatti quando egli tolse la molecola del DNA dal contenitore, si accorse che laddove fino a poco tempo prima essa si trovava, la luce continuava ad esistere sotto forma di spirale. Apparentemente non ci sono spiegazioni razionali e scientifiche a questo processo, l’unica potrebbe essere che esiste un campo di energia che si unisce al “DNA fantasma”, ad una copia eterica del DNA. Questo “fantasma” mantiene e conserva la luce.
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Una nuova ricerca dimostra che la meccanica quantistica gioca un ruolo anche nei processi biologici e può causare mutazioni spontanee nel dna. Lo studio su Physical Chemistry Chemical Physics.
Sembrerebbe, a primo impatto, un binomio assai bizzarro, quello tra la fisica quantistica e la biologia. Eppure, è ormai da tempo che la cosiddetta biologia quantistica, un campo della scienza in cui operano fisici, biochimici e biologi molecolari, tenta di capire se il mondo subatomico della meccanica quantistica abbia un ruolo anche nella biologia, nelle cellule viventi. E oggi, a compiere un passo in questa direzione è un nuovo studio dei ricercatori del Leverhulme Quantum Biology Doctoral Training Center dell’Università del Surrey, che ha mostrato come la fisica quantistica possa causare mutazioni spontanee nel nostro dna. Lo studio è stato appena pubblicato su Physical Chemistry Chemical Physics.
Per giungere a questa conclusione, il team si è servito di simulazioni al computer e innovativi metodi quanto-meccanici, in grado di determinare il ruolo svolto da un fenomeno quantistico, l’effetto tunnel, che comporta la scomparsa di una particella quantistica in una precisa posizione e la ricomparsa della stessa nelle vicinanze, nelle mutazioni spontanee del dna. Dalle sperimentazioni, i ricercatori hanno scoperto che gli atomi di idrogeno, il collante che tiene insieme i due filamenti della doppia elica di dna, possono, in determinate condizioni, comportarsi come onde che possono esistere in più posizioni contemporaneamente, grazie appunto all’effetto tunnel.
Ciò fa sì che questi atomi possono trovarsi occasionalmente sul filamento di dna sbagliato, portando quindi alla comparsa di mutazioni. Sebbene queste abbiano una durata estremamente breve, ipotizzano i ricercatori, potrebbero in alcuni casi sopravvivere al processo di replicazione del dna all’interno delle cellule, ed avere potenzialmente conseguenze anche sulla salute. “Molti hanno a lungo sospettato che il mondo quantistico, che è strano, contro-intuitivo e allo stesso tempo meraviglioso, abbia un ruolo nella biologia”, commenta Marco Sacchi, autore dello studio. “Sebbene l’idea che qualcosa possa essere presente in due posti contemporaneamente potrebbe essere assurda per molti di noi, accade sempre nel mondo quantistico e il nostro studio conferma che l’effetto tunnel avviene anche nel dna”.
Come raccontano i ricercatori, questo è un piccolo passo e siamo solo all’inizio di una miriade di scoperte nel mondo della biologia quantistica. “C’è ancora una lunga ed entusiasmante strada davanti a noi per capire come funzionano i processi biologici a livello subatomico, ma il nostro studio, così come molti altri negli ultimi anni, hanno confermato che la meccanica quantistica svolge un ruolo”, conclude il co-autore Louie Slocombe. “In futuro, speriamo di riuscire a studiare come i tautomeri prodotti dall’effetto tunnel possono propagarsi e generare mutazioni genetiche”.