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== Avviso ==
{{nota disambigua|altre voci che possono riferirsi alla stessa combinazione di 3 caratteri|[[DNA (disambigua)]]|DNA}}
[[Immagine:DNA Overview it .png|right|250px]]
L''''acido desossiribonucleico''' o '''deossiribonucleico''' ('''DNA''') è un [[acido nucleico]] che contiene le informazioni [[gene]]tiche necessarie alla [[biosintesi]] di [[RNA]] e [[proteine]], molecole indispensabili per lo sviluppo ed il corretto funzionamento della maggior parte degli organismi viventi.<ref>Esistono numerosi [[Vira|virus]] privi di DNA, ma la loro classificazione come ''organismi viventi'' è tuttora dibattuta</ref>
{{Vandalismo|Cervinara}}--[[Utente:Leo0428|Leo0428]] ([[Discussioni utente:Leo0428|msg]]) 22:51, 4 mag 2019 (CEST)
Dal punto di vista chimico, il DNA è un [[Polimeri|polimero]] organico costituito da [[monomero|monomeri]] chiamati [[nucleotide|nucleotidi]]. Tutti i nucleotidi sono costituiti da tre componenti fondamentali: un [[gruppo fosfato]], il deossiribosio ([[zucchero]] [[pentoso]]) e una [[base azotata]] che si lega al deossiribosio con [[legame glicosidico|legame N-glicosidico]]. Quattro sono le basi azotate che possono essere utilizzate nella formazione dei nucleotidi da incorporare nella molecola di DNA: [[adenina]], [[guanina]], [[citosina]] e [[timina]].
== Avviso ==
La disposizione in sequenza di queste quattro basi costituisce l'informazione genetica, leggibile attraverso il [[codice genetico]], che ne permette la traduzione in [[amminoacidi]]. Il processo di traduzione genetica (comunemente chiamata [[sintesi proteica]]) è possibile solo in presenza di una molecola ''intermedia'' di [[RNA]], generata attraverso la [[trascrizione (biologia)|trascrizione]] del DNA. 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'rRNA ha una funzione strutturale). L'informazione genetica è duplicata prima della [[mitosi|divisione cellulare]], attraverso un processo noto come [[replicazione del DNA]], che evita che si perda informazione durante le generazioni.
{{yc}}--[[Utente:Micejerry|<span style="color:#FF0000">Mice</span>]], [[Discussioni utente:Micejerry|<span style="color:orange">''и добър вечер!''</span>]] 22:55, 4 mag 2019 (CEST)
Negli [[Eukaryota|eucarioti]], il DNA si complessa all'interno del [[nucleo (biologia)|nucleo]] in strutture chiamate [[Cromosoma|cromosomi]]. Negli altri organismi, privi di nucleo, esso può essere organizzato in cromosomi o meno. All'interno dei cromosomi, le proteine della [[cromatina]] (come gli [[istone|istoni]]) permettono di compattare e controllare la trascrizione dei geni,almeno nella maggior parte dei casi.
==Storia==
[[Immagine:Francis Crick.png|thumb|200px|right|[[Francis Crick]]]]
[[Immagine:JamesDWatson.jpg|thumb|200px|right|[[James Dewey Watson|James Watson]]]]
Il DNA fu inizialmente isolato dal biochimico [[svizzera|svizzero]] [[Friedrich Miescher]] che, nel [[1869]], individuò una sostanza microscopica contenuta nel [[pus]] di bende chirurgiche utilizzate. Dal momento che tale molecola aveva la sua localizzazione nel [[nucleo (biologia)|nucleo]], egli la chiamò ''nucleina''.<ref>{{cite journal |author=Dahm R |title=Friedrich Miescher and the discovery of DNA | journal=Dev Biol |volume=278 |issue=2 | pages=274–88 |year=2005 |pmid=15680349}}</ref> Nel [[1919]] [[Phoebus Levene]] individuò la struttura del nucleotide, composta da base azotata, zucchero e fosfato.<ref>{{cite journal |author=Levene P, |title=The structure of yeast nucleic acid | url=http://www.jbc.org/cgi/reprint/40/2/415 | journal=J Biol Chem |volume=40 |issue=2 | pages=415–24 |year=1919}}</ref> Levene suggerì che il DNA consistesse di un filamento di nucleotidi legati tra loro attraverso i fosfati. In ogni caso, Levene era convinto che tale filamento fosse corto e che le basi fossero disposte secondo un preciso ordine ripetuto. Nel [[1937]] [[William Astbury]] presentò i primi risultati di alcuni studi di [[diffrazione a raggi X]], che dimostrarono che il DNA ha una struttura estremamente regolare.<ref>{{cite journal | author =Astbury W, |title=Nucleic acid | journal=Symp. SOC. Exp. Bbl |volume=1 |issue=66 |year=1947}}</ref>
Nel [[1928]], [[Frederick Griffith]] scoprì che i [[caratteri]] della forma ''smooth'' (''liscia'') di ''[[Pneumococcus]]'' potevano essere trasferiti alla forma ''rough'' (''rugosa'') miscelando i resti di batteri ''smooth'' morti con batteri ''rough'' vivi.<ref>{{cite journal |author=Lorenz MG, Wackernagel W |title=Bacterial gene transfer by natural genetic transformation in the environment |journal=Microbiol. Rev. |volume=58 |issue=3 |pages=563–602 |year=1994 |pmid=7968924 |url=http://www.pubmedcentral.nih.gov/articlerender.fcgi?tool=pubmed&pubmedid=7968924}}</ref> Questo sistema, pur non fornendo nessuna evidenza su quale fosse la sostanza che determinava il cambiamento, mostrava comunque che qualcosa potesse trasportare l'informazione genetica dai resti dei batteri morti a quelli vivi. Si parlò quindi di un ''principio trasformante'' in grado di modificare i batteri vivi. Nel [[1943]] [[Oswald Theodore Avery]] dimostrò, in un [[esperimento di Avery|celebre esperimento]] insieme a [[Colin MacLeod]] e [[Maclyn McCarty]], che il DNA è il ''principio trasformante'' alla base di questo fenomeno.<ref>{{cite journal |author=Avery O, MacLeod C, McCarty M |title=Studies on the chemical nature of the substance inducing transformation of pneumococcal types. Inductions of transformation by a desoxyribonucleic acid fraction isolated from pneumococcus type III | url=http://www.jem.org/cgi/reprint/149/2/297 | journal=J Exp Med |volume=79 |issue=2 | pages=137–158 |year=1944 }}</ref> Il ruolo del DNA nell'[[ereditarietà]] è stato dimostrato infine nel [[1953]] da [[Alfred Hershey]] e [[Martha Chase]] attraverso un altro [[esperimento di Hershey-Chase|classico esperimento]], che dimostrò che il materiale genetico del [[fago T2]] è effettivamente il DNA.<ref>{{cite journal |author=Hershey A, Chase M |title=Independent functions of viral protein and nucleic acid in growth of bacteriophage | url=http://www.jgp.org/cgi/reprint/36/1/39.pdf | journal=J Gen Physiol |volume=36 |issue=1 | pages=39–56 |year=1952 |pmid=12981234}}</ref>
Il 1953 è anche l'anno in cui, attraverso ulteriori immagini da diffrazione a raggi X<ref name=FWPUB>Watson J.D. and Crick F.H.C. [http://www.nature.com/nature/dna50/watsoncrick.pdf "A Structure for Deoxyribose Nucleic Acid".] (PDF) ''Nature'' 171, 737–738 (1953). Ultimo accesso: 13 febbraio 2007.</ref> realizzate da [[Rosalind Franklin]], chimica-fisica inglese, [[James Watson]] e [[Francis Crick]] presentarono<ref name=FWPUB/> sulla rivista ''[[Nature]]'' quello che è oggi accertato come il primo modello accurato della struttura del DNA,<ref name=Watson/> quello della ''doppia elica''. A disegnarne il bozzetto fu [[Odile Speed]], pittrice e moglie di Crick. Le evidenze sperimentali a supporto del modello di Watson e Crick furono riportate in una serie di cinque articoli pubblicati sullo stesso numero di Nature.<ref name=NatureDNA50>Nature Archives [http://www.nature.com/nature/dna50/archive.html Double Helix of DNA: 50 Years]</ref> Tra questi figurava l'articolo della [[Rosalind Franklin|Franklin]] e di [[Raymond Gosling]], che conteneva i dati di diffrazione a raggi X fondamentali per sostenere il modello.<ref name=NatFranGos>Molecular Configuration in Sodium Thymonucleate. Franklin R. and Gosling R.G.Nature 171, 740–741 (1953) [http://www.nature.com/nature/dna50/franklingosling.pdf Nature Archives Full Text (PDF)]</ref><ref>[http://osulibrary.oregonstate.edu/specialcollections/coll/pauling/dna/pictures/franklin-typeBphoto.html Original X-ray diffraction image]</ref> Tale numero conteneva anche un articolo sulla struttura del DNA scritto da [[Maurice Wilkins]].<ref name=NatWilk>Molecular Structure of Deoxypentose Nucleic Acids. Wilkins M.H.F., A.R. Stokes A.R. & Wilson, H.R. Nature 171, 738–740 (1953)[http://www.nature.com/nature/dna50/wilkins.pdf Nature Archives (PDF)]</ref> Nel [[1962]], dopo la morte di Rosalind Franklin (a causa di un tumore provocato, probabilmente, dalle alte dosi di raggi X a cui si era esposta nel corso dei suoi esperimenti), Watson, Crick e Wilkins ricevettero congiuntamente il [[Premio Nobel per la medicina]].<ref>[http://nobelprize.org/nobel_prizes/medicine/laureates/1962/ The Nobel Prize in Physiology or Medicine 1962] Nobelprize.org. Ultimo accesso: 22 dicembre 2006</ref> Dal momento che la scoperta del modello si basò essenzialmente sui dati di Rosalind Franklin, ancora oggi esistono pareri molto eterogenei nella comunità scientifica su chi avrebbe dovuto ricevere tale premio.
In una importante presentazione del [[1957]], Crick propose il [[dogma centrale della biologia molecolare]], che fissa le relazioni tra DNA, RNA e proteine.<ref>Crick, F.H.C. [http://genome.wellcome.ac.uk/assets/wtx030893.pdf On degenerate templates and the adaptor hypothesis (PDF).] genome.wellcome.ac.uk (Lecture, 1955). Ultimo accesso: 22 dicembre 2006</ref> La conferma finale del meccanismo di replicazione basato sulla struttura a doppia elica fu fornita nel [[1958]] dall'[[esperimento di Meselson-Stahl]].<ref>{{cite journal |author=Meselson M, Stahl F |title=The replication of DNA in ''Escherichia coli'' | journal=Proc Natl Acad Sci U S A |volume=44 |issue=7 | pages=671–82 |year=1958 |pmid=16590258}}</ref> Un successivo lavoro di Crick dimostrò come il codice genetico fosse basato su triplette di basi non sovrapposte, permettendo ad [[Har Gobind Khorana]], [[Robert Holley]] e [[Marshall Warren Nirenberg]] di decifrarlo.<ref>[http://nobelprize.org/nobel_prizes/medicine/laureates/1968/ The Nobel Prize in Physiology or Medicine 1968] Nobelprize.org. Ultimo accesso: 22 dicembre 2006</ref> Queste scoperte sono alla base della moderna [[biologia molecolare]].
== Composizione ==
[[Immagine:ADN animation.gif|200px|thumb|right||Animazione di un frammento di DNA. Visibili il solco maggiore ed il solco minore.]]
Il DNA è un lungo [[polimero]] costituito da unità ripetute di [[nucleotidi]].<ref name=Alberts>{{cite book |last=Alberts |first=Bruce | coauthors=Alexander Johnson, Julian Lewis, Martin Raff, Keith Roberts, and Peter Walters |title=Molecular Biology of the Cell; Fourth Edition |publisher=Garland Science|date=2002 |___location=New York and London |url=http://www.ncbi.nlm.nih.gov/books/bv.fcgi?call=bv.View..ShowTOC&rid=mboc4.TOC&depth=2 |isbn=0-8153-3218-1}}</ref><ref name=Butler>Butler, John M. (2001) ''Forensic DNA Typing'' "Elsevier". pp. 14–15. ISBN 978-0-12-147951-0.</ref> La catena del DNA è larga tra i 22 ed i 26 [[Ångström]] (da 2,2 a 2,6 [[nanometri]]) ed ogni unità nucleotidica è lunga 3,3 Ångstrom (0,33 nanometri).<ref>{{cite journal |author=Mandelkern M, Elias J, Eden D, Crothers D |title=The dimensions of DNA in solution |journal=J Mol Biol |volume=152 |issue=1 |pages=153–61 |year=1981 |pmid=7338906}}</ref> Sebbene ogni unità occupi uno spazio decisamente ridotto, la lunghezza dei polimeri di DNA può essere sorprendentemente elevata, dal momento che ogni filamento può contenere diversi milioni di nucleotidi. Ad esempio, il più grande [[cromosoma]] umano (il [[cromosoma 1]]) contiene quasi 250 milioni di [[paia di basi]].<ref>{{cite journal |author=Gregory S, ''et al.'' |title=The DNA sequence and biological annotation of human chromosome 1 |journal=Nature |volume=441 |issue=7091 |pages=315–21 |year=2006 |pmid=16710414}}</ref>
Negli organismi viventi, il DNA non è quasi mai presente sotto forma di singolo filamento, ma come una coppia di filamenti saldamente associati tra loro.<ref name=Watson>{{cite journal |author=Watson J, Crick F |title=Molecular structure of nucleic acids; a structure for deoxyribose nucleic acid |url=http://profiles.nlm.nih.gov/SC/B/B/Y/W/_/scbbyw.pdf |journal=Nature |volume=171 |issue=4356 |pages=737–8 |year=1953 |pmid=13054692}}</ref><ref name=berg>Berg J., Tymoczko J. and Stryer L. (2002) ''Biochemistry.'' W. H. Freeman and Company ISBN 0-7167-4955-6</ref> Essi si intrecciano tra loro a formare una struttura definita ''doppia elica''. Ogni nucleotide è costituito da uno ''scheletro laterale'', che ne permette il [[legame covalente]] con i nucleotidi adiacenti, e da una base azotata, che instaura [[legame idrogeno|legami idrogeno]] con la corrispondente base azotata presente sul filamento opposto. Il composto formato da una base azotata legata allo zucchero è definito [[nucleoside]]; un [[nucleotide]] è invece un nucleoside a cui sono legati uno o più gruppi fosfato.<ref name=IUPAC>[http://www.chem.qmul.ac.uk/iupac/misc/naabb.html Abbreviations and Symbols for Nucleic Acids, Polynucleotides and their Constituents] IUPAC-IUB Commission on Biochemical Nomenclature (CBN). Ultimo accesso: 3 gennaio 2006</ref>
La struttura laterale del DNA è composta da unità ripetute ed alternate di gruppi fosfato e di 2-deossiribosio,<ref name=Ghosh>{{cite journal |author=Ghosh A, Bansal M |title=A glossary of DNA structures from A to Z |journal=Acta Crystallogr D Biol Crystallogr |volume=59 |issue=Pt 4 |pages=620–6 |year=2003 |pmid=12657780}}</ref> uno zucchero [[pentoso]] (a cinque [[atomi]] di [[carbonio]]) che si lega ai fosfati adiacenti attraverso [[legame fosfodiesterico|legami fosfodiesterici]] presso il terzo ed il quinto carbonio; in pratica, ogni molecola di fosfato forma un ponte molecolare collegando, attraverso legami fosfodiesterici, il carbonio in posizione 3′ di una molecola di deossiribosio con quello in posizione 5′ dello zucchero successivo. Conseguenza di questi legami asimmetrici è che ogni filamento di DNA ha un senso, determinato dalla direzione dei legami fosfodiesterici. In una doppia elica, il senso di un filamento è opposto a quello del filamento complementare. Per tale motivo, i due filamenti che costituiscono una doppia elica sono detti antiparalleli. Le estremità asimmetriche di un filamento di DNA sono definite ''estremità [[senso (biologia molecolare)|5′]]'' (''cinque primo'') ed '' estremità [[senso (biologia molecolare)|3′]]'' (''tre primo''). La principale differenza tra il DNA e l'RNA è lo zucchero pentoso utilizzato: l'RNA utilizza, infatti, il [[ribosio]].<ref name=berg/>
La doppia elica del DNA è stabilizzata dai legami idrogeno che si instaurano tra le basi presenti sui due filamenti. Le quattro basi che sono state individuate nel DNA sono l'[[adenina]] (abbreviata con la lettera A), la [[citosina]] (C), la [[guanina]] (G) e la [[timina]] (T). Adenina e guanina sono composti eterociclici chiamati [[purina|purine]], mentre citosina e timina sono anelli [[pirimidina|pirimidinici]].<ref name=berg/> Esiste una quinta base, di tipo pirimidinico, chiamata [[uracile]] (U), ma essa non è di norma presente nelle catene di DNA. L'uracile è altresì presente nei filamenti di RNA al posto della timina, da cui si differenzia per la mancanza di un [[gruppo metile]]. L'uracile è presente nel DNA solo come prodotto della degradazione della citosina. Solo nel [[batteriofago]] PBS1 tale base può essere utilizzata all'interno del DNA.<ref name="nature1963-takahashi">{{cite journal |author=Takahashi I, Marmur J. |title=Replacement of thymidylic acid by deoxyuridylic acid in the deoxyribonucleic acid of a transducing phage for Bacillus subtilis |journal=Nature |year=1963 |pages=794–5 |volume=197 |pmid=13980287}}</ref> Al contrario, è molto più frequente individuare la timina all'interno di molecole di RNA, a causa della [[metilazione]] [[enzima]]tica di diversi uracili. Questo evento avviene solitamente a carico di RNA con funzione strutturale o enzimatica ([[rRNA]] e [[tRNA]]).<ref>{{cite journal |author=Agris P |title=Decoding the genome: a modified view |
url=http://www.pubmedcentral.nih.gov/articlerender.fcgi?tool=pubmed&pubmedid=14715921 |journal=Nucleic Acids Res |volume=32 |issue=1 |pages=223–38 |year=2004 |pmid=14715921}}</ref>
La doppia elica è una spirale destrorsa. Con l'avvitarsi su sé stessi dei due filamenti, restano esposti dei solchi tra i diversi gruppi fosfato. Il ''solco maggiore'' è largo 22 Å, mentre il ''solco minore'' è largo 12 Å.<ref>{{cite journal |author=Wing R, Drew H, Takano T, Broka C, Tanaka S, Itakura K, Dickerson R |title=Crystal structure analysis of a complete turn of B-DNA |journal=Nature |volume=287 |issue=5784 |pages=755–8 |year=1980 |pmid=7432492}}</ref> La differente ampiezza dei due solchi si traduce concretamente in una differente accessibilità delle basi, a seconda che si trovino nel solco maggiore o minore. Proteine come i fattori di trascrizione, dunque, solitamente prendono contatto con le basi presenti nel solco maggiore.<ref>{{cite journal |author=Pabo C, Sauer R |title=Protein-DNA recognition |journal=Annu Rev Biochem |volume=53 |pages=293–321 |year=1984 |pmid=6236744}}</ref>
===Appaiamento delle basi===
<div class="thumb tleft" style="background-color: #f9f9f9; border: 1px solid #CCCCCC; margin:0.5em;">
{|border="0" width=230px border="0" cellpadding="2" cellspacing="0" style="font-size: 85%; border: 1px solid #CCCCCC; margin: 0.3em;"
|[[Immagine:GC DNA appaiamento.svg|280px]]
|}
{|border="0" width=230px border="0" cellpadding="2" cellspacing="0" style="font-size: 85%; border: 1px solid #CCCCCC; margin: 0.3em;"
|[[Immagine:AT DNA appaiamento.svg|280px]]
|}
<div style="border: none; width:280px;"><div class="thumbcaption">In alto, un appaiamento '''GC''', caratterizzato da tre [[legame idrogeno|legami idrogeno]]. In basso, un appaiamento '''AT''' con due legami idrogeno.</div></div></div>
Ogni tipo di base presente su un filamento forma un legame con la base posta sul filamento opposto. Tale evento è noto come ''appaiamento [[complementarietà|complementare]]''. Le basi puriniche formano legami idrogeno con le basi pirimidiniche: A può legare solo T e G può legare solo C. L'associazione di due basi viene comunemente chiamata [[paio di basi]] ed è l'unità di misura maggiormente utilizzata per definire la lunghezza di una molecola di DNA. Dal momento che i legami idrogeno non sono [[legame covalente|covalenti]], essi possono esser rotti e riuniti in modo relativamente semplice. I due filamenti possono essere allontanati tra loro, come avviene per una [[cerniera]], sia dalle alte [[temperatura|temperature]] che da un'azione meccanica (come avviene durante la [[replicazione del DNA]]).<ref>{{cite journal |author=Clausen-Schaumann H, Rief M, Tolksdorf C, Gaub H |title=Mechanical stability of single DNA molecules |url=http://www.pubmedcentral.nih.gov/picrender.fcgi?artid=1300792&blobtype=pdf |journal=Biophys J |volume=78 |issue=4 |pages=1997–2007 |year=2000 |pmid=10733978}}</ref> Conseguenza di questa complementarità è che tutte le informazioni contenute nella doppia elica possono essere duplicate a partire da entrambi i filamenti, evento fondamentale per una corretta replicazione del DNA.<ref name=Alberts/>
I due tipi di paia di basi formano un numero differente di legami idrogeno: A e T ne formano due, G e C tre. Per tale motivo, la stabilità del legame GC è decisamente maggiore di quello AT. Di conseguenza, la stabilità complessiva di una molecola di DNA è direttamente correlata alla frequenza di GC presenti nella molecola stessa, nonché alla lunghezza dell'elica: una molecola di DNA è dunque tanto più stabile quanto più contiene GC ed è lunga.<ref>{{cite journal |author=Chalikian T, Völker J, Plum G, Breslauer K |title=A more unified picture for the thermodynamics of nucleic acid duplex melting: a characterization by calorimetric and volumetric techniques |url=http://www.pubmedcentral.nih.gov/picrender.fcgi?artid=22151&blobtype=pdf |journal=Proc Natl Acad Sci U S A |volume=96 |issue=14 |pages=7853–8 |year=1999 |pmid=10393911}}</ref> Un'altra conseguenza di tale evento è il fatto che le regioni di DNA che devono essere separate facilmente contengono un'elevata concentrazione di A e T, come avviene ad esempio per il [[Pribnow box]] dei [[promotore|promotori]] batterici, la cui sequenza è infatti TATAAT.<ref>{{cite journal |author=deHaseth P, Helmann J |title=Open complex formation by Escherichia coli RNA polymerase: the mechanism of polymerase-induced strand separation of double helical DNA |journal=Mol Microbiol |volume=16 |issue=5 |pages=817–24 |year=1995 |pmid=7476180}}</ref>
In laboratorio, la stabilità dell'interazione tra filamenti è misurata attraverso la temperatura necessaria a rompere tutti i legami idrogeno, chiamata [[Denaturazione del DNA|temperatura di melting]] (o ''T<sub>m</sub>''). Quando tutti i legami idrogeno sono rotti, i singoli filamenti si separano e possono assumere strutture molto variegate.<ref>{{cite journal |author=Isaksson J, Acharya S, Barman J, Cheruku P, Chattopadhyaya J |title=Single-stranded adenine-rich DNA and RNA retain structural characteristics of their respective double-stranded conformations and show directional differences in stacking pattern |journal=Biochemistry |volume=43 |issue=51 |pages=15996–6010 |year=2004 |pmid=15609994}}</ref>
La stabilizzazione della doppia elica, in ogni caso, non è dovuta ai soli legami idrogeno, ma anche ad [[interazione idrofobica|interazioni idrofobiche]] e di ''[[pi stacking]]''.<ref>{{cite journal |author=Ponnuswamy P, Gromiha M |title=On the conformational stability of oligonucleotide duplexes and tRNA molecules |journal=J Theor Biol |volume=169 |issue=4 |pages=419–32 |year=1994 |pmid=7526075}}</ref>
===Senso e antisenso===
{{vedi anche|Senso (biologia molecolare)}}
[[Immagine:DNA chemical structure it.svg|right|300px]]
Una [[sequenza di DNA]] è definita ''senso'' se la sua sequenza è la stessa del relativo [[mRNA]]. La sequenza posta sul filamento opposto è invece detta ''antisenso''. Dal momento che le [[RNA polimerasi]] lavorano producendo una copia complementare, il filamento necessario per la [[trascrizione]] è l'antisenso. Sia nei procarioti che negli eucarioti vengono prodotte numerose molecole di [[RNA antisenso]] a partire dalle sequenze ''senso''. La funzione di questi [[RNA non codificante|RNA non codificanti]] non è stata ancora completamente chiarita.<ref>{{cite journal |author=Hüttenhofer A, Schattner P, Polacek N |title=Non-coding RNAs: hope or hype? |journal=Trends Genet |volume=21 |issue=5 |pages=289–97 |year=2005 |pmid=15851066}}</ref> Si ritiene che gli RNA antisenso possano giocare un ruolo nella regolazione dell'[[espressione genica]].<ref>{{cite journal |author=Munroe S |title=Diversity of antisense regulation in eukaryotes: multiple mechanisms, emerging patterns |journal=J Cell Biochem |volume=93 |issue=4 |pages=664–71 |year=2004 |pmid=15389973}}</ref>
Esistono alcune sequenze di DNA, sia in procarioti che in eucarioti (ma soprattutto nei [[plasmidi]] e nei [[vira|virus]]) in cui la differenza tra sequenze senso ed antisenso è meno chiara, dal momento che le sequenze di alcuni geni si sovrappongono tra loro.<ref>{{cite journal |author=Makalowska I, Lin C, Makalowski W |title=Overlapping genes in vertebrate genomes |journal=Comput Biol Chem |volume=29 |issue=1 |pages=1–12 |year=2005 |pmid=15680581}}</ref> In questi casi, dunque, alcune sequenze rivestono un doppio compito: codificare una proteina se lette in direzione 5'{{unicode|→}}3′ su un filamento; codificarne un'altra se lette sull'altro (sempre in direzione 5'{{unicode|→}}3′). Nei batteri, questa sovrapposizione genica è spesso coinvolta nella regolazione della trascrizione,<ref>{{cite journal |author=Johnson Z, Chisholm S |title=Properties of overlapping genes are conserved across microbial genomes |journal=Genome Res |volume=14 |issue=11 |pages=2268–72 |year=2004 |pmid=15520290}}</ref> mentre nei virus il fenomeno è dovuto alla necessità di contenere in un piccolo [[genoma]] un'elevata quantità di informazioni.<ref>{{cite journal |author=Lamb R, Horvath C |title=Diversity of coding strategies in influenza viruses |journal=Trends Genet |volume=7 |issue=8 |pages=261–6 |year=1991 |pmid=1771674}}</ref> Un altro modo di ridurre le dimensioni genomiche è quello individuato da altri virus, che contengono molecole di DNA lineare o circolare a singolo filamento.<ref>{{cite journal |author= Davies J, Stanley J |title=Geminivirus genes and vectors |journal=Trends Genet |volume=5 |issue=3 |pages=77–81 |year=1989 |pmid=2660364}}</ref><ref>{{cite journal |author=Berns K |title=Parvovirus replication |journal=Microbiol Rev |volume=54 |issue=3 |pages=316–29 |year=1990 |pmid=2215424}}</ref>
===Superavvolgimento===
{{vedi anche|superavvolgimento del DNA}}
Il DNA può essere distorto come avviene per una corda attraverso un processo definito [[superavvolgimento]]. Quando il DNA è in uno stato ''rilassato'', un filamento percorre un giro completo intorno all'asse ogni 10.4 paia di basi. Se invece il DNA è distorto, il numero di basi può aumentare o diminuire.<ref>{{cite journal |author=Benham C, Mielke S |title=DNA mechanics |journal= Annu Rev Biomed Eng |volume=7 |pages=21–53 |year=2005 |pmid=16004565}}</ref> Lo stato di superavvolgimento in cui si trova una molecola di DNA è definito [[topologia]]. Se il DNA si avvolge nella direzione dell'elica, si parla di ''superavvolgimento positivo'', con le basi strette tra loro in modo più marcato. In caso contrario, si parla di ''superavvolgimento negativo''. In natura, la maggior parte delle molecole di DNA presentano un lieve superavvolgimento negativo, introdotto da enzimi definiti [[topoisomerasi]].<ref name=Champoux>{{cite journal |author=Champoux J |title=DNA topoisomerases: structure, function, and mechanism |journal=Annu Rev Biochem |volume=70 |pages=369–413 |year=2001 |pmid=11395412}}</ref> Questi enzimi sono anche necessari in processi come la trascrizione e la replicazione del DNA, dal momento che sono in grado di risolvere gli stress topologici indotti dai processi stessi.<ref name=Wang>{{cite journal |author=Wang J |title=Cellular roles of DNA topoisomerases: a molecular perspective |journal=Nat Rev Mol Cell Biol |volume=3 |issue=6 |pages=430–40 |year=2002 |pmid=12042765}}</ref>
===Strutture alternative a doppia elica===
{{vedi anche|conformazioni del DNA}}
[[Immagine:A-DNA, B-DNA and Z-DNA.png|thumb|right|290px|Le strutture del DNA A, B e Z]]
Il DNA esiste in diversi tipi di [[conformazione|conformazioni]]. Esse sono denominate A-DNA, B-DNA, C-DNA, D-DNA,<ref name=Hayashi2005>{{cite journal |author=Hayashi G, Hagihara M, Nakatani K |title=Application of L-DNA as a molecular tag |journal=Nucleic Acids Symp Ser (Oxf) |volume=49 |pages=261–262 |year=2005 |pmid=17150733}}</ref> E-DNA,<ref name=Vargason2000>{{cite journal |author=Vargason JM, Eichman BF, Ho PS |title=The extended and eccentric E-DNA structure induced by cytosine methylation or bromination | journal=Nature Structural Biology |volume=7 | pages=758–761 |year=2000 |pmid=10966645}}</ref> H-DNA,<ref name=Wang2006>{{cite journal |author=Wang G, Vasquez KM |title=Non-B DNA structure-induced genetic instability | journal=Mutat Res |volume=598 |issue=1–2 | pages=103–119 |year=2006 |pmid=16516932}}</ref> L-DNA,<ref name=Hayashi2005>{{cite journal |author=Hayashi G, Hagihara M, Nakatani K |title=Application of L-DNA as a molecular tag | journal=Nucleic Acids Symp Ser (Oxf) |volume=49 | pages=261–262 |year=2005 |pmid=17150733}}</ref> P-DNA<ref name="Allemand1998">{{cite journal |author=Allemand, et al |title=Stretched and overwound DNA forms a Pauling-like structure with exposed bases |journal=PNAS |volume=24 |pages=14152-14157 |year=1998 |pmid=9826669}}</ref> e Z-DNA.<ref name=Ghosh/><ref>{{cite journal |author=Palecek E |title=Local supercoil-stabilized DNA structures | journal=Critical Reviews in Biochemistry and Molecular Biology |volume=26 |issue=2 | pages=151–226 |year=1991 |pmid=1914495}}</ref> In ogni caso, solo le conformazioni A-DNA, B-DNA e Z-DNA sono state osservate nei sistemi biologici naturali. La conformazione del DNA può dipendere dalla sequenza, dal superavvolgimento, dalla presenza di modificazioni chimiche delle basi o dalle condizioni del solvente, come la concentrazione di [[ioni]] [[metalli]]ci.<ref>{{cite journal |author=Basu H, Feuerstein B, Zarling D, Shafer R, Marton L |title=Recognition of Z-RNA and Z-DNA determinants by polyamines in solution: experimental and theoretical studies | journal=J Biomol Struct Dyn |volume=6 |issue=2 | pages=299–309 |year=1988 |pmid=2482766}}</ref> Di tali conformazioni, la conformazione ''B'' è la più frequente nelle condizioni standard delle cellule.<ref>{{cite journal |author=Leslie AG, Arnott S, Chandrasekaran R, Ratliff RL |title=Polymorphism of DNA double helices |journal=J. Mol. Biol. |volume=143 |issue=1 |pages=49–72 |year=1980 |pmid=7441761}}</ref> Le due conformazioni alternative sono differenti dal punto di vista della [[geometria]] e delle dimensioni.
La forma ''A'' è un'ampia spirale destrorsa (il solco minore è largo ma poco profondo, quello maggiore è più stretto e profondo), con un passo di 2,9 nm (circa 11bp) ed un diametro di 2,5 nm. Tale conformazione è presente in condizioni non fisiologiche, quando il DNA viene disidratato. In condizioni fisiologiche, questa conformazione caratterizza gli ''eteroduplex'' di DNA e RNA e i complessi formati dalle associazioni DNA-proteina.<ref>{{cite journal |author=Wahl M, Sundaralingam M |title=Crystal structures of A-DNA duplexes | journal=Biopolymers |volume=44 |issue=1 | pages=45–63 |year=1997 |pmid=9097733}}</ref><ref>{{cite journal |author=Lu XJ, Shakked Z, Olson WK |title=A-form conformational motifs in ligand-bound DNA structures |journal=J. Mol. Biol. |volume=300 |issue=4 |pages=819-40 |year=2000 |pmid=10891271}}</ref>
La conformazione ''Z'' è tipica invece delle sequenze che presentano modificazioni chimiche come la [[metilazione]], e dei tratti di DNA ricchi di basi C e G. Essa assume un andamento sinistrorso, opposto rispetto alla conformazione B.<ref>{{cite journal |author=Rothenburg S, Koch-Nolte F, Haag F |title=DNA methylation and Z-DNA formation as mediators of quantitative differences in the expression of alleles | journal=Immunol Rev |volume=184 |issue=| pages=286–98 |year=|pmid=12086319}}</ref> Ha un passo di 4,6 nm ed un diametro di 1,8 nm, il solco maggiore più superficiale e quello minore più stretto; deve il suo nome all'andamento a zig-zag che la caratterizza. Queste strutture inusuali possono essere riconosciute da specifiche Z-[[DNA-binding protein]]s, con conseguenze notevoli nella regolazione della trascrizione.<ref>{{cite journal |author=Oh D, Kim Y, Rich A |title=Z-DNA-binding proteins can act as potent effectors of gene expression in vivo |url=http://www.pubmedcentral.nih.gov/articlerender.fcgi?tool=pubmed&pubmedid=12486233 |journal=Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. |volume=99 |issue=26 |pages=16666-71 |year=2002 |pmid=12486233}}</ref>
[[Immagine:Parallel telomere quadruple.png|thumb|left|300px|La struttura di un ''quadruplex'' di DNA formato da ripetizioni di [[telomeri]]. La conformazione dello scheletro laterale è ampiamente differente rispetto alla tipica struttura ad elica. In giallo sono evidenziati ioni potassio che stabilizzano la struttura.<ref>Immagine realizzata da [http://ndbserver.rutgers.edu/atlas/xray/structures/U/ud0017/ud0017.html NDB UD0017]</ref>]]
===Strutture alternative alla doppia elica===
{{vedi anche|G-quadruplex|DNA a tripla elica}}
Le regioni terminali dei [[cromosoma|cromosomi]] lineari sono sequenze ripetute dette [[telomeri]]. La funzione principale di tali regioni è quella di permettere alla cellula di replicare le estremità dei cromosomi senza che ci sia perdita di informazioni geniche, dal momento che le [[DNA polimerasi]] coinvolte nella replicazione del DNA non sono in grado di replicare le estremità 3' dei cromosomi.<ref name=Greider>{{cite journal |author=Greider C, Blackburn E |title=Identification of a specific telomere terminal transferase activity in Tetrahymena extracts | journal=Cell |volume=43 |issue=2 Pt 1 | pages=405–13 |year=1985 |pmid=3907856}}</ref> Se un cromosoma non avesse telomeri, infatti, diventerebbe un po' più corto ad ogni replicazione, con il rischio di perdere sequenze codificanti. Attraverso un particolare tipo di DNA polimerasi (detto [[telomerasi]]), invece, i telomeri mantengono costantemente la loro lunghezza, proteggendo così la parte interna del cromosoma. Nelle cellule umane, i telomeri sono composti da alcune migliaia di ripetizioni di una semplice sequenza costituita da TTAGGG.<ref>{{cite journal |author=Wright W, Tesmer V, Huffman K, Levene S, Shay J |title=Normal human chromosomes have long G-rich telomeric overhangs at one end | url=http://www.genesdev.org/cgi/content/full/11/21/2801 | journal=Genes Dev |volume=11 |issue=21 | pages=2801–9 |year=1997 |pmid=9353250}}</ref>
Questa sequenza ricca in guanina può stabilizzare le estremità dei cromosomi formando strutture insolite, composte da unità di quattro basi azotate al posto delle canoniche due. Ciò è dovuto all'interazione tra quattro guanine, che formano una struttura planare che si impila sopra ad altre strutture dello stesso tipo, ad ottenere un filamento stabile definito ''[[G-quadruplex]]'' structure.<ref name=Burge>{{cite journal |author=Burge S, Parkinson G, Hazel P, Todd A, Neidle S |title=Quadruplex DNA: sequence, topology and structure | url=http://www.pubmedcentral.nih.gov/articlerender.fcgi?tool=pubmed&pubmedid=17012276 | journal=Nucleic Acids Res |volume=34 |issue=19 | pages=5402–15 |year=2006 |pmid=17012276}}</ref> Tali strutture sono stabilizzate dalla formazione di legami idrogeno che si instaurano tra le sommità delle basi e dalla [[chelazione]] con uno ione metallico, situato al centro di ogni unità di quattro basi.<ref>{{cite journal |author=Parkinson G, Lee M, Neidle S |title=Crystal structure of parallel quadruplexes from human telomeric DNA | journal=Nature |volume=417 |issue=6891 | pages=876–80 |year=2002 |pmid=12050675}}</ref>
Oltre a queste, i telomeri generano anche strutture circolari, chiamate ''telomere-loops'' o ''T-loops''. In questo caso, il singolo filamento di DNA si piega a formare ampie circonferenze, stabilizzate da proteine specifiche che legano i telomeri.<ref>{{cite journal |author=Griffith J, Comeau L, Rosenfield S, Stansel R, Bianchi A, Moss H, de Lange T |title=Mammalian telomeres end in a large duplex loop | journal=Cell |volume=97 |issue=4 | pages=503–14 |year=1999 |pmid=10338214}}</ref> Al termine del ''T-loop'', il singolo filamento di DNA prende contatto con un doppio filamento, che si apre e forma una struttura a [[DNA a tripla elica|tripla elica]]. Questa struttura è chiamata ''displacement-loop'' o ''D-loop''.<ref name=Burge/>
==Modificazioni chimiche==
<div class="thumb tright" style="background-color: #f9f9f9; border: 1px solid #CCCCCC; margin:0.5em;">
{|border="0" width=300px border="0" cellpadding="2" cellspacing="0" style="font-size: 85%; border: 1px solid #CCCCCC; margin: 0.3em;"
|[[Immagine:Cytosine chemical structure.png|75px]]
|[[Immagine:5-methylcytosine.png|95px]]
|[[Immagine:Thymine chemical structure.png|97px]]
|-
|align=center|[[citosina]]
|align=center|[[5-metilcitosina]]
|align=center|[[timina]]
|}
<div style="border: none; width:300px;font-size: 85%;">Struttura della citosina con e senza il gruppo [[metile]] in posizione 5. In seguito ad una [[deaminazione]], la 5-metilcitosina acquisisce la stessa struttura della timina</div></div>
===Modificazioni di basi===
{{vedi anche|metilazione del DNA}}
L'[[espressione genica]] di un determinato [[locus]] è influenzata dalla struttura che la [[cromatina]] assume presso il locus stesso. Regioni [[eterocromatina|eterocromatiniche]] (caratterizzate da una espressione scarsa o assente) sono estesamente [[metilazione|metilate]] sulle [[citosina|citosine]]. La metilazione della citosina, ad esempio, è fondamentale per l'[[Effetto Lyon|inattivazione del cromosoma X]].<ref>{{cite journal |author=Klose R, Bird A |title=Genomic DNA methylation: the mark and its mediators | journal=Trends Biochem Sci |volume=31 |issue=2 | pages=89–97 |year=2006 |pmid=16403636}}</ref> Il livello medio di metilazione è molto variabile tra i diversi organismi: ''[[Caenorhabditis elegans]]'' non presenta metilazione delle citosine, mentre i [[vertebrata|vertebrati]] mostrano livelli maggiori, con circa l'1% del [[genoma]] contenente 5-metilcitosina.<ref>{{cite journal |author=Bird A |title=DNA methylation patterns and epigenetic memory | journal=Genes Dev |volume=16 |issue=1 | pages=6–21 |year=2002 |pmid=11782440}}</ref> La 5-metilcitosina, essendo suscettibile di deaminazione spontanea, è una base presso cui l'incidenza di mutazioni è elevatissima.<ref>{{cite journal |author=Walsh C, Xu G |title=Cytosine methylation and DNA repair | journal=Curr Top Microbiol Immunol |volume=301 |issue=| pages=283–315 |year=|pmid=16570853}}</ref> Ulteriori modificazioni di basi sono la metilazione dell'adenina (presente nei batteri) e la [[glicosilazione]] dell'uracile che produce le cosiddette ''basi J'' nei [[cinetoplastide|cinetoplastidi]].<ref>{{cite journal |author=Ratel D, Ravanat J, Berger F, Wion D |title=N6-methyladenine: the other methylated base of DNA | journal=Bioessays |volume=28 |issue=3 | pages=309–15 |year=2006 |pmid=16479578}}</ref><ref>{{cite journal |author=Gommers-Ampt J, Van Leeuwen F, de Beer A, Vliegenthart J, Dizdaroglu M, Kowalak J, Crain P, Borst P |title=beta-D-glucosyl-hydroxymethyluracil: a novel modified base present in the DNA of the parasitic protozoan T. brucei | journal=Cell |volume=75 |issue=6 | pages=1129–36 |year=1993 |pmid=8261512}}</ref>
===Danni al DNA===
{{vedi anche|Mutazione}}
[[Immagine:Benzopyrene DNA adduct 1JDG.png|thumb|right|250px|Il [[benzopirene]] è il maggiore agente mutageno presente nel fumo di [[tabacco]]. In quest'immagine è riportato un addotto al DNA generato dalla molecola.<ref>Immagine realizzata a partire dalla entry [http://www.rcsb.org/pdb/cgi/explore.cgi?pdbId=1JDG PDB 1JDG]</ref>]]
Il DNA può essere alterato dall'azione di numerosi agenti, genericamente definiti [[mutageno|mutageni]]; è fondamentale notare però come una mutazione -ovverosia un cambiamento raro, casuale, che alteri la sequenza di basi azotate- non sia necessariamente un evento pernicioso ma anzi sia alla base dell'evoluzione: suddetta mutazione dovrà però farsi spazio nella fittissima rete cibernetica cellulare nonché nell'ambiente nel quale vive ed opera l'organismo vivente in questione; qualora vengano superati questi punti di restrizione (altamente selettivi vista la loro complessità intrinseca, la stragrande maggioranza delle mutazioni difatti si rivela non vantaggiosa od anche neutra), si avrà un organismo arricchito dalla mutazione. Tra di essi figurano ad esempio [[ossidazione|agenti ossidanti]], [[alchilazione|agenti alchilanti]] ed anche [[radiazione elettromagnetica|radiazioni]] ad alta energia, come i [[raggi X]] e gli [[UV]]. Il tipo di danno causato al DNA dipende dal tipo di agente: gli UV, ad esempio, danneggiano il DNA generando la formazione di [[dimero di timina|dimeri di timina]], costituiti da ponti aberranti che si instaurano tra basi pirimidiniche adiacenti.<ref>{{cite journal |author=Douki T, Reynaud-Angelin A, Cadet J, Sage E |title=Bipyrimidine photoproducts rather than oxidative lesions are the main type of DNA damage involved in the genotoxic effect of solar UVA radiation | journal=Biochemistry |volume=42 |issue=30 | pages=9221–6 |year=2003 |pmid=12885257}}</ref> Agenti ossidanti come i [[radicali liberi]] o il [[perossido di idrogeno]], invece, producono danni di tipo più eterogeneo, come modificazioni di basi (in particolare di guanine) o rotture del DNA a doppio filamento.<ref>{{cite journal |author=Cadet J, Delatour T, Douki T, Gasparutto D, Pouget J, Ravanat J, Sauvaigo S |title=Hydroxyl radicals and DNA base damage | journal=Mutat Res |volume=424 |issue=1–2 | pages=9–21 |year=1999 |pmid=10064846}}</ref> Secondo diversi studi, in ogni cellula umana almeno 500 basi al giorno sono sottoposte a danni ossidativi.<ref>{{cite journal |author=Shigenaga M, Gimeno C, Ames B |title=Urinary 8-hydroxy-2′-deoxyguanosine as a biological marker of ''in vivo'' oxidative DNA damage | url=http://www.pnas.org/cgi/reprint/86/24/9697 | journal=Proc Natl Acad Sci U S A |volume=86 |issue=24 | pages=9697–701 |year=1989 |pmid=2602371}}</ref><ref>{{cite journal |author=Cathcart R, Schwiers E, Saul R, Ames B |title=Thymine glycol and thymidine glycol in human and rat urine: a possible assay for oxidative DNA damage | url=http://www.pnas.org/cgi/reprint/81/18/5633.pdf | journal=Proc Natl Acad Sci U S A |volume=81 |issue=18 | pages=5633–7 |year=1984 |pmid=6592579}}</ref> Di tali lesioni, le più pericolose sono le rotture a doppio filamento, dal momento che tali danni sono i più difficili da riparare e costituiscono l'origine primaria delle [[mutazione puntiforme|mutazioni puntiformi]] e ''[[mutazione frameshift|frameshift]]'' che si accumulano sulle sequenze genomiche, nonché delle [[Traslocazione (cromosoma)|traslocazioni]] cromosomiche.<ref>{{cite journal |author=Valerie K, Povirk L |title=Regulation and mechanisms of mammalian double-strand break repair | journal=Oncogene |volume=22 |issue=37 | pages=5792–812 |year=2003 |pmid=12947387}}</ref>
Molti agenti devono il loro potere mutageno alla capacità di [[intercalante|intercalarsi]] tra due basi azotate consecutive. Gli intercalanti sono tipicamente molecole planari e [[aromaticità|aromatiche]], come l'[[bromuro d'etidio|etidio]], la [[daunomicina]], la [[doxorubicina]] o la [[talidomide]]. Perché un intercalante possa trovare posto tra le due basi, occorre che la doppia elica si apra e perda la sua conformazione standard. Tali modifiche strutturali inibiscono sia la trascrizione che la replicazione del DNA ed aumentano la possibilità di insorgenza di mutazioni. Per tale motivo, gli intercalanti sono considerati molecole [[cancro|cancerogene]], come dimostrato da numerosi studi su molecole come il [[benzopirene]], l'[[acridina]], l'[[aflatossina]] ed il [[bromuro di etidio]].<ref>{{cite journal |author=Ferguson L, Denny W |title=The genetic toxicology of acridines | journal=Mutat Res |volume=258 |issue=2 | pages=123–60 |year=1991 |pmid=1881402}}</ref><ref>{{cite journal |author=Jeffrey A |title=DNA modification by chemical carcinogens | journal=Pharmacol Ther |volume=28 |issue=2 | pages=237–72 |year=1985 |pmid=3936066}}</ref><ref>{{cite journal |author=Stephens T, Bunde C, Fillmore B |title=Mechanism of action in thalidomide teratogenesis |journal=Biochem Pharmacol |volume=59 |issue=12 |pages=1489–99 |year=2000 |pmid=10799645}}</ref> In ogni caso, proprio grazie alla loro capacità di inibire trascrizione e replicazione, tali molecole sono anche utilizzate in [[chemioterapia]] per inibire le cellule neoplastiche a rapida crescita.<ref>{{cite journal |author=Braña M, Cacho M, Gradillas A, de Pascual-Teresa B, Ramos A |title=Intercalators as anticancer drugs | journal=Curr Pharm Des |volume=7 |issue=17 | pages=1745–80 |year=2001 |pmid=11562309}}</ref>
==Disposizione del DNA==
[[File:Nucleosome.JPG|thumb|300px|L'avvolgimento del DNA (in rosa) attorno agli istoni (in blu)]]
Negli eucarioti, il DNA è solitamente presente all'interno di [[cromosomi]] lineari (circolari nei procarioti). La somma di tutti i cromosomi di una cellula ne costituisce il [[genoma]]; il [[genoma umano]] conta circa 3 miliardi di [[paia di basi]] contenute in 46 cromosomi.<ref>{{cite journal |author=Venter J, ''et al.'' |title=The sequence of the human genome | journal=Science |volume=291 |issue=5507 | pages=1304–51 |year=2001 |pmid=11181995}}</ref>
La disposizione finale a cromosomi segue precise regole gerarchiche di ''impacchettamento''. Nelle cellule, infatti, il doppio filamento di DNA non può essere disposto ''a casaccio'', ma deve seguire precise regole di ordinamento. Tali accorgimenti si rivelano necessari perchè la lunghezza dei filamenti di DNA è solitamente molto elevata e creerebbe seri problemi alla cellula ospite. Ad esempio, il cromosoma di [[Escherichia coli]], il procariote più studiato nella storia della biomedicina, misura circa 1 mm. In una cellula lunga solo 2 μm, come quella di E.coli, la disposizione casuale di un cromosoma del genere potrebbe generare problemi. Se una molecola di questa lunghezza si disponesse casualmente, infatti, ci sarebbe bisogno di una cellula grande almeno 1000 volte tanto. Le modalità di ''impacchettamento'' sono differenti tra gli organismi procarioti e quelli eucarioti.
===Procarioti===
Nella maggior parte delle cellule batteriche il DNA è disposto su un unico cromosoma circolare (e presenta, come molti altri batteri, un'unica [[origine di replicazione]]), come previsto da numerosi esperimenti di linkage ed infine evidenziato in cellule cresciute con [[timina]] marcata con [[tritio]].
I meccanismi messi in atto dalla cellula procariote per ridurre lo spazio necessario consistono anzitutto nel ''[[mascheramento]]'' delle cariche negative presenti sul DNA attraverso la sua associazione con [[poliammine]] cariche positivamente, come la [[spermina]] e la [[spermidina]]. Oltre a queste, il DNA procariote prende contatto anche con numerose piccole proteine, che compattano la struttura complessiva del DNA. Tra di esse, figura [[H-NS]], un dimero con funzioni molto simili agli istoni eucariotici. In ogni cellula di E.coli esistono in media 20000 molecole di H-NS, che si dispongono lungo il DNA a distanza di circa 400bp.
Il DNA di E.coli è inoltre molto [[superavvolgimento|superavvolto]]. Tale fenomeno contribuisce ulteriormente al compattamento del DNA, permettendo ad esso di disporsi comodamente all'interno della cellula.
===Eucarioti===
Negli eucarioti l'impacchettamento è ottenuto attraverso diversi accorgimenti. Il DNA è associato ad un gran numero di proteine: l'associazione complessiva DNA-proteine è definita [[cromatina]], la cui struttura è ampiamente conservata tra tutti gli organismi eucarioti.
Le proteine cromatiniche più abbondanti sono gli [[istoni]], una famiglia di polipeptidi [[base|basici]] presenti nel nucleo. Le principali proteine istoniche sono [[H1]], [[H2A]], [[H2B]], [[H3]] e [[H4]]. La basicità degli istoni è dovuta alla grande quantità di amminoacidi carichi positivamente ([[lisina]] e [[arginina]]), in grado di instaurare interazioni elettrostatiche con i gruppi fosfato del DNA. Le proteine istoniche sono anche pesantemente modificate, proprio sui residui carichi, da [[modificazioni post-traduzionali]], tra cui l'aggiunta di [[acetile|acetili]], di [[fosfato|fosfati]] e di [[metile|metili]], che neutralizzano la carica positiva o la rendono negativa.
Le sequenze amminoacidiche di quattro dei cinque istoni (H2A, H2B, H3 e H4) sono altamente conservate, anche tra specie molto diverse. La sequenza di H1 presenta invece maggiori variazioni lungo l'evoluzione: in alcuni organismi, H1 non è nemmeno presente in tutti i tessuti (ad esempio negli [[eritrociti]] degli [[uccelli]] H1 è sostituita da un sesto istone, chiamato H5). La presenza di differenti H1, in ogni caso, non modifica sostanzialmente la struttura complessiva dell'apparato istonico (definito [[nucleosoma]]), che resta ampiamente conservato nell'architettura nella quasi totalità degli eucarioti.
==Funzioni biologiche==
Nel genoma, l'informazione è conservata in sequenze di DNA chiamate [[gene|geni]]. La trasmissione dell'informazione contenuta nei geni è garantita dalla presenza di sequenze di basi azotate complementari. Infatti, durante la [[trascrizione (biologia)|trascrizione]], l'informazione può essere facilmente copiata in un filamento complementare di RNA. Solitamente, tale copia di RNA è utilizzata per sintetizzare una proteina, attraverso un processo definito [[sintesi proteica|traduzione]] (o sintesi proteica). In alternativa, una cellula può semplicemente duplicare l'informazione genetica attraverso un processo definito [[replicazione del DNA]].
===Struttura del genoma===
{{vedi anche|nucleo cellulare|cromatina|cromosoma|gene|DNA non codificante}}
Negli organismi eucarioti, il DNA genomico è localizzato all'interno del nucleo cellulare, nonché in piccole quantità all'interno di [[mitocondri]] e [[cloroplasti]]. Nei procarioti, il DNA è invece racchiuso in un organello irregolare, privo di membrana, contenuto nel citoplasma, chiamato [[nucleoide]].<ref>{{cite journal |author=Thanbichler M, Wang S, Shapiro L |title=The bacterial nucleoid: a highly organized and dynamic structure | journal=J Cell Biochem |volume=96 |issue=3 | pages=506–21 |year=2005 |pmid=15988757}}</ref> L'informazione è contenuta all'interno dei geni, unità [[ereditarietà|ereditarie]] in grado di influire sul [[fenotipo]] dell'organismo. Ogni gene contiene un ''[[open reading frame]]'' (regione in grado di essere trascritta a RNA) ed una regione regolatoria, costituita sia da un [[promotore]] che da ''[[enhancer]]s''.
In molte [[specie]], solo una piccola frazione della sequenza totale di un genoma può essere trascritta e tradotta. Ad esempio, solo l'1.5% del genoma umano è costituito da [[esone|esoni]] codificanti per una proteina, mentre più del 50% consiste di [[sequenze ripetute]] di [[DNA non codificante]].<ref>{{cite journal |author=Wolfsberg T, McEntyre J, Schuler G |title=Guide to the draft human genome | journal=Nature |volume=409 |issue=6822 | pages=824–6 |year=2001 |pmid=11236998}}</ref> La ragione per cui ci sia una tale quantità di DNA non codificante non è tuttora completamente chiara ed è stata definita come ''[[enigma del C-value]]''.<ref>{{cite journal |author=Gregory T |title=The C-value enigma in plants and animals: a review of parallels and an appeal for partnership | url=http://aob.oxfordjournals.org/cgi/content/full/95/1/133 | journal=Ann Bot (Lond) |volume=95 |issue=1 | pages=133–46 |year=2005 |pmid=15596463}}</ref> In ogni caso, le sequenze di DNA che non codificano per una proteina possono essere trascritte in [[RNA non codificante]], coinvolto nella regolazione dell'[[espressione genica]].<ref>{{cite journal |author=The ENCODE Project Consortium |title=Identification and analysis of functional elements in 1% of the human genome by the ENCODE pilot project |journal=Nature |volume=447 |issue=7146 | pages =799-816 |year=2007 |doi=doi:10.1038/nature05874}}</ref>
[[Immagine:T7 RNA polymerase at work.png|thumb|left|300px|Una [[T7 RNA polimerasi]] (blu) mentre produce una molecola di mRNA (verde) a partire da uno stampo di DNA (arancione).<ref>Realizzata a partire dall'entry [[Protein Data Bank|PDB]] [http://www.rcsb.org/pdb/explore/explore.do?structureId=1MSW 1MSW]</ref>]]
Alcune sequenze non codificanti ricoprono un ruolo strutturale per i cromosomi. Le regioni [[telomero|telomeriche]] e [[centromero|centromeriche]] contengono solitamente pochissimi geni, ma sono necessarie per la funzione e la stabilità dei cromosomi.<ref>{{cite journal |author=Pidoux A, Allshire R |title=The role of heterochromatin in centromere function | url=http://www.pubmedcentral.nih.gov/articlerender.fcgi?artid=1569473 | journal=Philos Trans R Soc Lond B Biol Sci |volume=360 |issue=1455 | pages=569–79 |year=2005 |pmid=15905142}}</ref> Nell'uomo, grandi quantità di DNA non codificante si ritrovano negli [[pseudogene|pseudogeni]], copie di geni rese inattive dalla presenza di una mutazione.<ref>{{cite journal |author=Harrison P, Hegyi H, Balasubramanian S, Luscombe N, Bertone P, Echols N, Johnson T, Gerstein M |title=Molecular fossils in the human genome: identification and analysis of the pseudogenes in chromosomes 21 and 22 | url=http://www.genome.org/cgi/content/full/12/2/272 | journal=Genome Res |volume=12 |issue=2 | pages=272–80 |year=2002 |pmid=11827946}}</ref> Queste sequenze sono considerate come [[fossili]] molecolari, anche se esistono evidenze secondo le quali si può ipotizzare che siano una sorta di ''materiale grezzo'' necessario per la creazione di nuovi geni attraverso i processi di [[duplicazione genica]] e di [[evoluzione divergente]].<ref>{{cite journal |author=Harrison P, Gerstein M |title=Studying genomes through the aeons: protein families, pseudogenes and proteome evolution | journal=J Mol Biol |volume=318 |issue=5 | pages=1155–74 |year=2002 |pmid=12083509}}</ref>
===Trascrizione e traduzione===
{{vedi anche|codice genetico|trascrizione (biologia)|sintesi proteica}}
Un gene è una sequenza di DNA che contiene le informazioni in grado di influire sulle caratteristiche del [[fenotipo]] dell'organismo. All'interno di un gene, la sequenza di basi di DNA è utilizzata come stampo per la sintesi di una molecola di RNA che, nella maggior parte dei casi, è tradotta in una molecola peptidica.
Il meccanismo attraverso il quale la sequenza nucleotidica di un gene è copiata in un filamento di RNA è detto [[trascrizione]] ed avviene per mezzo dell'enzima [[RNA polimerasi]]. Il filamento di RNA può andare incontro a destini differenti: alcune molecole di RNA hanno, infatti, funzioni di tipo strutturale (come quelle che si trovano all'interno del [[ribosoma]]) o catalitica (molecole note come [[ribozimi]]); la maggior parte degli RNA, tuttavia, subiscono un processo di maturazione per produrre mRNA, molecole destinate ad esser tradotte in proteina.
Il processo di [[sintesi proteica|traduzione]] avviene nel citoplasma, dove gli mRNA si associano ai ribosomi, ed è mediato dal [[codice genetico]]. Il ribosoma permette la lettura sequenziale dei codoni del mRNA, favorendone il riconoscimento e l'interazione con specifici [[tRNA]], molecole che trasportano gli amminoacidi corrispondenti ad ogni singolo codone.
==== Il codice genetico ====
[[Immagine:DNA.JPG|200px|thumb|right|Complementarietà delle [[base azotata|basi azotate]] del DNA vista in dettaglio.]]
Il codice genetico consiste di ''parole'' di tre lettere chiamate ''[[codone|codoni]]'', costituite dalla sequenza di tre nucleotidi (ad esempio ACT, CAG, TTT), ognuna delle quali è associata ad un particolare amminoacido. Ad esempio la timina ripetuta in una serie di tre (TTT) codifica per la [[fenilalanina]]. Utilizzando gruppi di tre lettere si possono avere fino a 64 combinazioni diverse (<math>4^3</math>), in grado di codificare per i venti diversi amminoacidi esistenti. Poiché esistono 64 triplette possibili e solo 20 amminoacidi, il [[codice genetico]] è detto ''ridondante'' (o ''degenere''): alcuni amminoacidi possono infatti essere codificati da più triplette diverse. Non è invece vero il contrario: ad ogni tripletta corrisponderà un solo amminoacido (senza possibilità di ambiguità). Esistono infine tre triplette che non codificano per nessun amminoacido, ma rappresentano codoni di ''stop'' (o ''nonsense''), ovvero indicano il punto in cui, all'interno del gene, termina la sequenza che codifica per la proteina corrispondente: si tratta dei codoni TAA, TGA e TAG.
[[Immagine:DNA_replication_it.svg|thumb|450px|right|La replicazione del DNA. La doppia elica è aperta dalle [[elicasi]] e dalle [[topoisomerasi]]. In seguito, una [[DNA polimerasi]] genera un filamento complementare sul [[filamento leading|filamento veloce]]. Un'altra DNA polimerasi lega invece il [[filamento lagging|filamento lento]], generando segmenti discontinui (detti [[frammento di Okazaki|frammenti di Okazaki]]) che verranno uniti da una [[DNA ligasi]]]]
===Replicazione===
{{vedi anche|Replicazione del DNA}}
La divisione cellulare, necessaria ad un organismo per crescere, richiede una duplicazione del DNA cellulare, in modo che le cellule figlie possano avere la stessa informazione genetica della cellula madre. La struttura a doppia elica del DNA permette un meccanismo estremamente semplice per la replicazione del DNA. I due filamenti, infatti, sono separati e da ognuno viene creato un filamento complementare, ad opera di un enzima chiamato [[DNA polimerasi]]. Con questo meccanismo, le basi presenti sul filamento figlio sono determinate da quelle presenti sul filamento parentale: è proprio attraverso questo meccanismo che le cellule figlie presentano genoma identico alla cellula madre (salvo errori avvenuti durante il processo, che portano alla comparsa di mutazioni). Tale tipo di replicazione, che porta a doppie eliche costituite da un filamento preesistente e uno neoformato è detta ''semiconservativa''.
Per iniziare la replicazione, occorre anzitutto l'apertura della [[forca replicativa]], attraverso la parziale denaturazione del DNA a doppia elica, portata a termine dalle elicasi e dalle ''[[single-strand-binding protein]]s'' (SSBPs): le ''[[elicasi]]'' sono enzimi che separano attivamente i due filamenti usando l'energia dell'[[ATP]]; le SSBPs sono in grado di mantenere la denaturazione del DNA legandosi esclusivamente alle porzioni a singolo filamento e stabilizzandole. Nelle molecole di DNA circolari dei [[procarioti]] si ha una sola regione di ''[[origine di replicazione|origine della replicazione]]'' dalla quale partono due forche replicative (la struttura prende il nome di ''[[bolla di replicazione]]''). Quando le due forche si incontrano dal lato opposto la replicazione è completata. Negli [[eucarioti]] la replicazione di ogni cromosoma inizia invece in più punti.
Le ''DNA polimerasi'', enzimi capaci di costruire una nuova catena solo in direzione 5'-3', sono stati individuati per la prima volta da [[Arthur Kornberg]], il quale, grazie ad un suo famoso esperimento,<ref>[http://50annidna.scienze.unipd.it/DFTB/20/animation/index.html Animazione esplicativa dell'esperimento di Kornberg] del [[1958]])</ref>identificò la DNA polimerasi I in ''[[Escherichia coli]]''. La reazione della DNA polimerasi è ''diretta dallo stampo'', perché produce un nuovo filamento di DNA esattamente complementare ad uno preesistente che funge, appunto, da stampo. La DNA polimerasi non è in grado di iniziare la sintesi di un filamento ''ex novo'', mentre può allungare un filamento polinucleotidico preesistente. In una cellula in replicazione, dunque, è indispensabile la presenza di un filamento preesistente (detto ''[[primer]]''), che consiste solitamente in un breve segmento di RNA complementare allo stampo, sintetizzato da enzimi specifici detti [[primasi]].
Dal momento che le DNA polimerasi sono in grado di svolgere la loro attività solo in direzione 5'-3', esse hanno messo a punto diversi meccanismi per copiare i due filamenti della doppia elica.<ref>{{cite journal |author=Albà M |title=Replicative DNA polymerases | url=http://www.pubmedcentral.nih.gov/articlerender.fcgi?tool=pubmed&pubmedid=11178285 | journal=Genome Biol |volume=2 |issue=1 | pages=REVIEWS3002 |year=2001 |pmid=11178285}}</ref> Un filamento (chiamato ''filamento veloce'') può essere replicato in modo quasi continuo, man mano che viene esposto, l'altro (''filamento lento'') risulta invece disseminato da brevi filamenti di DNA di nuova sintesi (i ''[[frammento di Okazaki|frammenti di Okazaki]]''), ognuno dei quali presenta un innesco iniziale di RNA. I nuovi filamenti devono essere quindi completati mediante la rimozione degli inneschi da parte di [[endonucleasi]] e il riempimento degli spazi rimasti ad opera di polimerasi di [[Riparazione_del_DNA|riparazione]]. Successivamente tutti questi frammenti di DNA di nuova sintesi del ''filamento lento'' vengono legati dalle [[DNA ligasi]].
==Interazioni con proteine==
Tutte le funzioni del DNA dipendono dalle sue interazioni con specifiche proteine. Tali interazioni possono sia essere aspecifiche, sia prevedere un legame estremamente specifico della proteina ad una singola sequenza di DNA. Sono numerosi anche gli enzimi che possono legare il DNA e, tra questi, sono particolarmente importanti le polimerasi che copiano le sequenze nella trascrizione e nella replicazione del DNA.
===Proteine che legano il DNA===
{{vedi anche|DNA-binding protein}}
<div class="thumb tleft" style="background-color: #f9f9f9; border: 1px solid #CCCCCC; margin:0.5em;">
{|border="0" width=260px border="0" cellpadding="0" cellspacing="0" style="font-size: 85%; border: 1px solid #CCCCCC; margin: 0.3em;"
|[[Immagine:Nucleosome 2.jpg|260px]]
|-
|[[Immagine:Nucleosome (opposites attracts).JPG|260px]]
|}
<div style="border: none; width:260px;"><div class="thumbcaption">Interazione del DNA con gli [[istoni]] (in bianco, nell'immagine in alto). Gli amminoacidi basici di queste proteine (in blu nell'immagine in basso a sinistra) legano in modo non [[covalente]] i gruppi fosfato del DNA, acid (in rosso in basso a destra).</div></div></div>
Le proteine strutturali che legano il DNA sono esempi delle interazioni aspecifiche tra DNA e proteine. All'interno dei cromosomi, il DNA è associato a complessi di natura proteica, che si organizzano tra loro a formare una struttura compatta chiamata [[cromatina]]. Negli eucarioti, questa struttura presuppone il legame del DNA a piccoli complessi proteici basici chiamati [[istoni]]; nei procarioti, invece, sono coinvolti diversti tipi di differenti proteine.<ref>{{cite journal |author=Sandman K, Pereira S, Reeve J |title=Diversity of prokaryotic chromosomal proteins and the origin of the nucleosome | journal=Cell Mol Life Sci |volume=54 |issue=12 | pages=1350–64 |year=1998 |pmid=9893710}}</ref><ref>{{cite journal |author=Dame RT |title=The role of nucleoid-associated proteins in the organization and compaction of bacterial chromatin |journal=Mol. Microbiol. |volume=56 |issue=4 |pages=858-70 |year=2005 |pmid=15853876}}</ref> Gli istoni formano un complesso a forma di disco chiamato [[nucleosoma]], che instaura interazioni di tipo ionico (tra i residui basici degli istoni e lo scheletro fosforico acido del DNA) con circa duecento paia di basi di DNA, che si avvolgono intorno al disco formando due giri completi, indipendentemente dalla sequenza che li caratterizza.<ref>{{cite journal |author=Luger K, Mäder A, Richmond R, Sargent D, Richmond T |title=Crystal structure of the nucleosome core particle at 2.8 A resolution | journal=Nature |volume=389 |issue=6648 | pages=251–60 |year=1997 |pmid=9305837}}</ref> Questi residui basici possono subire [[metilazione|metilazioni]], [[fosforilazione|fosforilazioni]] e [[acetilazione|acetilazioni]]:<ref>{{cite journal |author=Jenuwein T, Allis C |title=Translating the histone code | journal=Science |volume=293 |issue=5532 | pages=1074–80 |year=2001 |pmid=11498575}}</ref> tali modificazioni chimiche alterano l'interazione tra gli istoni e il DNA, rendendolo così più o meno accessibile ai [[fattore di trascrizione|fattori di trascrizione]] e modulando la velocità della trascrizione stessa.<ref>{{cite journal |author=Ito T |title=Nucleosome assembly and remodelling | journal=Curr Top Microbiol Immunol |volume=274 |issue=| pages=1–22 |year=|pmid=12596902}}</ref>
Altre ''DNA-binding proteins'' (DNAbp) di tipo aspecifico, anch'esse presenti nella [[cromatina]], sono le ''[[high-mobility group protein]]s'', che legano preferenzialmente il DNA ripiegato o distorto.<ref>{{cite journal |author=Thomas J |title=HMG1 and 2: architectural DNA-binding proteins | journal=Biochem Soc Trans |volume=29 |issue=Pt 4 | pages=395–401 |year=2001 |pmid=11497996}}</ref> Queste proteine hanno un ruolo fondamentale nel ripiegamento delle file di nucleosomi e nel loro impacchettamento all'interno di strutture cromatiniche più complesse.<ref>{{cite journal |author=Grosschedl R, Giese K, Pagel J |title=HMG ___domain proteins: architectural elements in the assembly of nucleoprotein structures | journal=Trends Genet |volume=10 |issue=3 | pages=94–100 |year=1994 |pmid=8178371}}</ref>
Un ulteriore gruppo di DNAbp sono le ''[[single-strand-binding protein]]s'' (SSBP), che si legano esclusivamente ad una molecola di DNA a singolo filamento. Nell'uomo, la RPA (''[[replication protein A]]'') è il membro meglio caratterizzato di questa famiglia ed è essenziale per la maggior parte dei processi che richiedono una separazione della doppia elica, tra cui la replicazione del DNA, la sua ricombinazione e la sua [[riparazione del DNA|riparazione]].<ref>{{cite journal |author=Iftode C, Daniely Y, Borowiec J |title=Replication protein A (RPA): the eukaryotic SSB | journal=Crit Rev Biochem Mol Biol |volume=34 |issue=3 | pages=141–80 |year=1999 |pmid=10473346}}</ref> Queste DNAbp sono in grado di stabilizzare la forma a singolo filamento, impedendo che la molecola si ripieghi a formare [[stem loop]]s o venga degradata dall'azione delle [[nucleasi]].
[[Immagine:Lambda repressor 1LMB.png|thumb|right|185px|Il repressore lambda, con la sua caratteristica struttura [[elica-giro-elica]], legato al proprio DNA bersaglio<ref>Realizzato a partire dalla entry [http://www.rcsb.org/pdb/explore/explore.do?structureId=1LMB PDB 1LMB]</ref>]]
A differenze di quelle finora presentate, esistono anche numerose proteine che legano specificamente determinate sequenze di DNA. Quelle maggiormente studiate sono i [[fattori di trascrizione]] (TF), proteine in grado di regolare la trascrizione. Ognuna di esse si lega ad una o più sequenze specifiche, poste solitamente nei pressi del [[promotore]] di un gene, attivando o inibendo la trascrizione del gene stesso. Tale processo viene svolto attraverso due tipi di meccanismo: anzitutto, i TF sono in grado di legare, direttamente o attraverso proteine adattatrici, la RNA polimerasi responsabile della trascrizione, localizzandola presso il sito di inizio della trascrizione e favorendone dunque l'avvio;<ref>{{cite journal |author=Myers L, Kornberg R |title=Mediator of transcriptional regulation | journal=Annu Rev Biochem |volume=69 |issue=| pages=729–49 |year=2000 |pmid=10966474}}</ref> un'altra modalità consiste nel legame tra i TF ed enzimi in grado di modulare metilazioni ed acetilazioni degli istoni presenti presso il promotore, modificando dunque l'accessibilità di quella regione alla polimerasi.<ref>{{cite journal |author=Spiegelman B, Heinrich R |title=Biological control through regulated transcriptional coactivators | journal=Cell |volume=119 |issue=2 | pages=157-67 |year=2004 |pmid=15479634}}</ref>
Dal momento che un TF può avere numerose sequenze bersaglio, cambiamenti di attività di un TF possono avere effetti sull'espressione di migliaia di geni.<ref>{{cite journal |author=Li Z, Van Calcar S, Qu C, Cavenee W, Zhang M, Ren B |title=A global transcriptional regulatory role for c-Myc in Burkitt's lymphoma cells | url=http://www.pubmedcentral.nih.gov/articlerender.fcgi?tool=pubmed&pubmedid=12808131 | journal=Proc Natl Acad Sci U S A |volume=100 |issue=14 | pages=8164–9 |year=2003 |pmid=12808131}}</ref> Di conseguenza, queste proteine sono spesso i bersagli finali delle cascate di [[trasduzione del segnale]], che mediano le risposte cellulari agli stimoli interni ed esterni alla cellula. La specificità dei TF per il DNA è legato ai contatti multipli che si instaurano tra la proteina ed il solco maggiore, dove le basi azotate sono maggiormente accessibili.<ref>{{cite journal |author=Pabo C, Sauer R |title=Protein-DNA recognition | journal=Annu Rev Biochem |volume=53 |issue=| pages=293–321 |year=1984 |pmid=6236744}}</ref>
[[Immagine:EcoRV 1RVA.png|thumb|left|255px|L'[[enzima di restrizione]] [[EcoRV]] (verde) in complesso con il suo DNA substrato<ref>Immagine realizzata a partire dalla entry PDB [http://www.rcsb.org/pdb/explore/explore.do?structureId=1RVA 1RVA]</ref>]]
===Enzimi che modificano il DNA===
====Nucleasi e ligasi====
Le [[nucleasi]] sono [[enzimi]] in grado di tagliare filamenti di DNA, dal momento che catalizzano l'[[idrolisi]] del [[legame fosfodiesterico]]. Le nucleasi che idrolizzano il DNA partendo dai nucleotidi situati alle estremità dei filamenti sono definite [[esonucleasi]]. Sono [[endonucleasi]], invece, quelle che tagliano direttamente all'interno del filamento. Le nucleasi più utilizzate in [[biologia molecolare]], dette [[enzimi di restrizione]], tagliano il DNA in corrispondenza di specifiche sequenze. L'enzima [[EcoRV]], ad esempio, riconosce la sequenza di sei basi 5′-GAT|ATC-3′ ed effettua il taglio presso la linea verticale. In natura, questo enzima protegge i [[batteri]] dalle infezioni [[fago|fagiche]], digerendo il DNA del fago quando esso fa il suo ingresso nella cellula batterica.<ref>{{cite journal |author=Bickle T, Krüger D |title=Biology of DNA restriction | url=http://www.pubmedcentral.nih.gov/picrender.fcgi?artid=372918&blobtype=pdf | journal=Microbiol Rev |volume=57 |issue=2 | pages=434–50 |year=1993 |pmid=8336674}}</ref>
Generalmente, le nucleasi di restrizione riconoscono particolari sequenze nucleotidiche [[palindrome|palindromiche]], note come [[sito di restrizione|siti di restrizione]], nelle quali la stessa sequenza si ripete in direzioni opposte sulle due eliche complementari, e quindi producono dei tagli su entrambi i filamenti. Tali enzimi sono utilizzati ampiamente nelle tecniche che prevedono il [[subclonaggio]] di DNA all'interno di [[Vettore (biotecnologie)|vettori]].
Le [[DNA ligasi]] sono enzimi in grado di riunire filamenti di DNA precedentemente tagliati o spezzati, utilizzando energia chimica proveniente da [[adenosintrifosfato|ATP]] o da [[nicotinammideadenindinucleotide|NAD]].<ref name=Doherty>{{cite journal |author=Doherty A, Suh S |title=Structural and mechanistic conservation in DNA ligases. | url=http://www.pubmedcentral.nih.gov/articlerender.fcgi?tool=pubmed&pubmedid=11058099 | journal=Nucleic Acids Res |volume=28 |issue=21 | pages=4051–8 |year=2000 |pmid=11058099}}</ref> Le ligasi sono particolarmente importanti nella replicazione del [[filamento lento]], dal momento che esse riuniscono i [[frammenti di Okazaki]] in un filamento unico. Esse rivestono un ruolo importante anche nella [[riparazione del DNA]] e nella [[ricombinazione genetica]].<ref name=Doherty/>
====Topoisomerasi ed elicasi====
Le [[topoisomerasi]] sono enzimi che presentano sia un'attività [[nucleasi]]ca che una [[ligasi]]ca. Queste proteine sono in grado di modificare le proprietà [[superavvolgimento|topologiche]] del DNA. Alcune di esse svolgono tale funzione tagliando l'elica di DNA e permettendole di ruotare, riducendo il suo grado di superavvolgimento, per poi procedere alla ligazione delle due estremità.<ref name=Champoux/> Altre topoisomerasi sono invece in grado di tagliare l'elica e far passare attraverso il sito di rottura una seconda elica, prima di ligare il filamento spezzato.<ref>{{cite journal |author=Schoeffler A, Berger J |title=Recent advances in understanding structure-function relationships in the type II topoisomerase mechanism | journal=Biochem Soc Trans |volume=33 |issue=Pt 6 | pages=1465–70 |year=2005 |pmid=16246147}}</ref> Le topoisomerasi sono necessarie per molti processi che coinvolgono il DNA, come ad esempio la replicazione del DNA e la trascrizione.<ref name=Wang/>
Le [[elicasi]] sono proteine in grado di utilizzare l'[[energia chimica]] presente nei [[nucleoside trifosfato|nucleosidi trifosfato]], soprattutto [[adenosintrifosfato|ATP]], per rompere i legami idrogeno che si instaurano tra le basi azotate, permettendo l'apertura della doppia elica di DNA in singoli filamenti.<ref>{{cite journal |author=Tuteja N, Tuteja R |title=Unraveling DNA helicases. Motif, structure, mechanism and function | url=http://www.blackwell-synergy.com/links/doi/10.1111%2Fj.1432-1033.2004.04094.x | journal=Eur J Biochem |volume=271 |issue=10 | pages=1849–63 |year=2004 |pmid=15128295}}</ref> Questi enzimi sono essenziali per la maggior parte dei processi biologici che coivolgono enzimi che richiedono un diretto contatto con le basi del DNA.
====Polimerasi====
Le [[polimerasi]] sono enzimi che sintetizzano catene polinucleotidiche a partire dal [[nucleoside trifosfato|nucleosidi trifosfato]]. Esse funzionano aggiungendo nucleotidi al 3′-[[ossidrile|OH]] del precedente nucleotide presente sul filamento. Come conseguenza di ciò, tutte le polimerasi lavorano in direzione [[5′]]->[[3′]].<ref name=Joyce>{{cite journal |author=Joyce C, Steitz T |title=Polymerase structures and function: variations on a theme? | url=http://www.pubmedcentral.nih.gov/picrender.fcgi?artid=177480&blobtype=pdf | journal=J Bacteriol |volume=177 |issue=22 | pages=6321–9 |year=1995 |pmid=7592405}}</ref> Nel sito attivo di questi enzimi, il nucleoside trifosfato si appaia ad un nucleotide presente su un filamento usato come stampo: ciò permette alle polimerasi di sintetizzare in modo accurato filamenti fedelmente complementari agli stampi. Le polimerasi sono classificate sulla base del tipo di stampo che utilizzano.
La [[replicazione del DNA]] richiede una [[DNA polimerasi (DNA-dipendente)|DNA polimerasi DNA-dipendente]], in grado cioè di realizzare una perfetta copia di una sequenza di DNA. L'accuratezza è fondamentale in questo processo, motivo per cui molte di queste polimerasi presentano anche un'attività di ''[[proofreading]]'' (dall'[[lingua inglese|inglese]], ''correzione di bozze''). Esse sono infatti in grado di rilevare un errore di appaiamento (o ''mismatch'') tra basi azotate ed attivare un'azione 3' o 5' esonucleasica per rimuovere la base scorretta.<ref>{{cite journal |author=Hubscher U, Maga G, Spadari S |title=Eukaryotic DNA polymerases | journal=Annu Rev Biochem |volume=71 |issue=| pages=133–63 |year=2002 |pmid=12045093}}</ref> Nella maggior parte degli organismi, le DNA polimerasi funzionano all'interno di un più ampio complesso proteico definito [[replisoma]], che consiste anche di numerose subunità accessorie come ad esempio le [[elicasi]].<ref>{{cite journal |author=Johnson A, O'Donnell M |title=Cellular DNA replicases: components and dynamics at the replication fork | journal=Annu Rev Biochem |volume=74 |issue=| pages=283–315 |year=2005 |pmid=15952889}}</ref>
Le [[DNA polimerasi (RNA-dipendente)|DNA polimerasi RNA-dipendenti]] sono una classe di polimerasi specializzate nella sintesi di una copia di DNA, usando come stampo un frammento di RNA. Tra di esse figurano la [[trascrittasi inversa]], un enzima virale coinvolto nell'infezione dei [[retrovirus]], e la [[telomerasi]], necessaria per la replicazione dei [[telomeri]].<ref>{{cite journal |author=Tarrago-Litvak L, Andréola M, Nevinsky G, Sarih-Cottin L, Litvak S |title=The reverse transcriptase of HIV-1: from enzymology to therapeutic intervention | url=http://www.fasebj.org/cgi/reprint/8/8/497 | journal=FASEB J |volume=8 |issue=8 | pages=497–503 |year=1994 |pmid=7514143}}</ref><ref name=Greider/> La telomerasi è una polimerasi inusuale, dal momento che contiene una sequenza stampo di RNA all'interno della propria struttura.
La trascrizione è invece svolta da [[RNA polimerasi (DNA-dipendente)|RNA polimerasi DNA-dipendenti]], che legano il DNA presso il [[promotore]] di un gene e separano i due filamenti. Successivamente, l'enzima genera una molecola di [[mRNA]] fino al raggiungimento del [[terminatore]], dove si interrompe la trascrizione e l'enzima si distacca dal DNA. Come avviene per le DNA polimerasi DNA-dipendenti, anche queste polimerasi operano all'interno di un ampio complesso proteico, composto di molecole accessorie e regolatorie.<ref>{{cite journal |author=Martinez E |title=Multi-protein complexes in eukaryotic gene transcription | journal=Plant Mol Biol |volume=50 |issue=6 | pages=925–47 |year=2002 |pmid=12516863}}</ref>
==Ricombinazione genetica==
{{vedi anche|Ricombinazione genetica}}
[[Immagine:Chromosomal Recombination.svg|thumb|250px|right|La ricombinazione consiste di una rottura e successiva riunione di due cromosomi (M ed F) a produrre due cromosomi riarrangiati (C1 e C2).]]
<div class="thumb tright" style="background-color: #f9f9f9; border: 1px solid #CCCCCC; margin:0.5em;">
{|border="0" width=250px border="0" cellpadding="0" cellspacing="0" style="font-size: 85%; border: 1px solid #CCCCCC; margin: 0.3em;"
|[[Immagine:Holliday Junction cropped.png|250px]]
|-
|[[Immagine:Holliday junction coloured.png|250px]]
|}
<div style="border: none; width:250px;"><div class="thumbcaption">Struttura di una [[giunzione di Holliday]], intermedio di una reazione di [[ricombinazione genetica]]. I quattro singoli filamenti di DNA sono colorati di rosso, blu, verde e giallo.<ref>Immagine realizzata a partire dalla entry [[Protein Data Bank|PDB]] [http://www.rcsb.org/pdb/explore/explore.do?structureId=1M6G 1M6G]</ref></div></div></div>
Un filamento di DNA solitamente non interagisce con altri segmenti di DNA e, nelle cellule umane, i differenti cromosomi occupano addirittura regioni separate del nucleo (''territori cromosomici'').<ref>{{cite journal |author=Cremer T, Cremer C |title=Chromosome territories, nuclear architecture and gene regulation in mammalian cells | journal=Nat Rev Genet |volume=2 |issue=4 | pages=292–301 |year=2001 |pmid=11283701}}</ref> Tale separazione fisica è fondamentale per permettere al DNA di essere un archivio stabile e sicuro dell'informazione genetica. L'interazione tra diversi segmenti di DNA è invece possibile e frequente attraverso il fenomeno del [[crossing-over]], che permette la [[ricombinazione genetica]] attraverso la rottura di due eliche, lo scambio di segmenti tra di esse ed il ricongiungimento finale.
La ricombinazione permette ai cromosomi di scambiare informazioni genetiche e produrre nuove combinazioni di geni, con il risultato di aumentare l'efficienza della [[selezione naturale]] e di facilitare l'evoluzione di nuove proteine.<ref>{{cite journal |author=Pál C, Papp B, Lercher M |title=An integrated view of protein evolution | journal=Nat Rev Genet |volume=7 |issue=5 | pages=337–48 |year=2006 |pmid=16619049}}</ref> La ricombinazione genetica può anche essere coinvolta nella riparazione del DNA, in particolare come risposta cellulare in seguito a rotture a doppio filamento.<ref>{{cite journal |author=O'Driscoll M, Jeggo P |title=The role of double-strand break repair - insights from human genetics | journal=Nat Rev Genet |volume=7 |issue=1 | pages=45–54 |year=2006 |pmid=16369571}}</ref>
La principale forma di crossing-over cromosomico è la [[ricombinazione omologa]], nella quale i due cromosomi coinvolti condividono sequenze molto simili. Le ricombinazioni non omologhe, invece, possono essere dannose per la cellula, perché in grado di produrre [[Traslocazione (cromosoma)|traslocazioni cromosomiche]] e anomalie genetiche. La reazione di ricombinazione è catalizzata da enzimi noti come ''[[ricombinasi]]''.<ref>{{cite journal |author=Vispé S, Defais M |title=Mammalian Rad51 protein: a RecA homologue with pleiotropic functions |journal=Biochimie |volume=79 |issue=9-10 |pages=587-92 |year=1997 |pmid=9466696}}</ref> Il primo passaggio del processo di ricombinazione consiste nella rottura a singolo filamento provocata da una endonucleasi o da un danno al DNA.<ref>{{cite journal |author=Neale MJ, Keeney S |title=Clarifying the mechanics of DNA strand exchange in meiotic recombination |journal=Nature |volume=442 |issue=7099 |pages=153-8 |year=2006 |pmid=16838012}}</ref> Una serie di passaggi successivi, in parte catalizzati dalla ricombinasi, porta all'unione tra due eliche attraverso la formazione di una [[giunzione di Holliday]], nella quale un segmento a singolo filamento di ogni elica è appaiato al filamento complementare presente sull'altra elica. La reazione di ricombinazione è quindi interrotta dalla rottura della giunzione e dalla re-ligazione del DNA così ottenuto.<ref>{{cite journal |author=Dickman M, Ingleston S, Sedelnikova S, Rafferty J, Lloyd R, Grasby J, Hornby D |title=The RuvABC resolvasome | journal=Eur J Biochem |volume=269 |issue=22 | pages=5492–501 |year=2002 |pmid=12423347}}</ref>
L'esistenza della giunzione di Holliday è stata dimostrata da fotografie al microscopio elettronico di molecole di DNA in ricombinazione.
==Evoluzione del metabolismo del DNA==
{{vedi anche|ipotesi del mondo a RNA}}
Il DNA contiene l'informazione genetica che permette a tutti gli organismi viventi (esclusi i virus, la cui ammissibilità tra i viventi è tuttavia ampiamente dibattuta) di funzionare, crescere e riprodursi. In ogni caso, non è stato ancora chiarito in quale momento della [[Origine_della_vita|storia della vita]] il DNA abbia assunto tale ruolo fondamentale. È generalmente accettato dalla comunità scientifica, infatti, l'[[ipotesi del mondo a RNA|ipotesi]] che il DNA non sia stato il primo acido nucleico ad essere utilizzato dai viventi: tale ruolo spetterebbe infatti all'RNA.<ref name=Joyce>{{cite journal |author=Joyce G |title=The antiquity of RNA-based evolution |journal=Nature |volume=418 |issue=6894 |pages=214–21 |year=2002 |pmid=12110897}}</ref><ref>{{cite journal |author=Orgel L |title=Prebiotic chemistry and the origin of the RNA world | url=http://www.crbmb.com/cgi/reprint/39/2/99.pdf |journal=Crit Rev Biochem Mol Biol |volume=39 |issue=2 |pages=99–123 |year= |pmid=15217990}}</ref> L'RNA potrebbe aver giocato un ruolo centrale del metabolismo cellulare ancestrale, dal momento che può avere sia un ruolo nella conservazione dell'informazione genetica, sia uno catalitico (ad esempio attraverso i [[ribozimi]]), sia uno strutturale (all'interno dei [[ribosomi]]).<ref>{{cite journal |author=Davenport R |title=Ribozymes. Making copies in the RNA world |journal=Science |volume=292 |issue=5520 |pages=1278 |year=2001 |pmid=11360970}}</ref> Il ''mondo a RNA'', basato su un unico tipo di molecola avente funzioni genetiche, catalitiche e strutturali, potrebbe avere avuto un'influenza sullo sviluppo dell'attuale codice genetico, basato proprio su quattro nucleotidi. Tale numero potrebbe essere un compromesso tra la necessità da una parte di ridurre la quantità di basi possibili, per migliorare l'accuratezza della replicazione, e dall'altra di aumentarla, per incrementare l'efficacia catalitica dei ribozimi.<ref>{{cite journal |author=Szathmáry E |title=What is the optimum size for the genetic alphabet? |url=http://www.pnas.org/cgi/reprint/89/7/2614.pdf |journal=Proc Natl Acad Sci U S A |volume=89 |issue=7 |pages=2614–8 |year=1992 |pmid=1372984}}</ref>
In ogni caso, non esistono prove evidenti di questo sistema genetico ancestrale, dal momento che è impossibile recuperare DNA dai fossili. Ciò è dovuto al fatto che il DNA può sopravvivere nell'ambiente per meno di un milione di anni e, se in soluzione, si degrada rapidamente in piccoli frammenti.<ref>{{cite journal |author=Lindahl T |title=Instability and decay of the primary structure of DNA |journal=Nature |volume=362 |issue=6422 |pages=709–15 |year=1993 |pmid=8469282}}</ref> Sebbene ci siano stati diversi annunci di scoperte di DNA antichissimo, tra cui quella relativa all'isolamento di un batterio vivo da un cristallo di sale risalente a 250 milioni di anni fa,<ref>{{cite journal |author=Vreeland R, Rosenzweig W, Powers D |title=Isolation of a 250 million-year-old halotolerant bacterium from a primary salt crystal |journal=Nature |volume=407 |issue=6806 |pages=897–900 |year=2000 |pmid=11057666}}</ref> queste affermazioni sono ancora controverse e oggetto di discussione.<ref>{{cite journal |author=Hebsgaard M, Phillips M, Willerslev E |title=Geologically ancient DNA: fact or artefact? |journal=Trends Microbiol |volume=13 |issue=5 |pages=212–20 |year=2005 |pmid=15866038}}</ref><ref>{{cite journal |author=Nickle D, Learn G, Rain M, Mullins J, Mittler J |title=Curiously modern DNA for a "250 million-year-old" bacterium |journal=J Mol Evol |volume=54 |issue=1 |pages=134–7 |year=2002 |pmid=11734907}}</ref>
==Utilizzi del DNA==
===Ingegneria genetica===
{{vedi anche|Ingegneria genetica|DNA ricombinante|Organismi geneticamente modificati}}
La moderna biologia e biochimica fa un uso intensivo del DNA. Con il termine di ''[[DNA ricombinante]]'' ci si riferisce a segmenti di DNA realizzati e assemblati artificialmente. Essi possono essere inseriti all'interno di organismi viventi sotto forma di [[plasmidi]] o mediante altri tipi di [[vettore (biologia)|vettori]].<ref>{{cite journal |author=Goff SP, Berg P |title=Construction of hybrid viruses containing SV40 and lambda phage DNA segments and their propagation in cultured monkey cells |journal=Cell |volume=9 |issue=4 PT 2 |pages=695–705 |year=1976 |pmid=189942}}</ref> Gli organismi così prodotti sono detti [[organismo geneticamente modificato|geneticamente modificati]] e possono essere utilizzati per la produzione di proteine ricombinanti, necessarie per la ricerca biomedica,<ref>{{cite journal |author=Houdebine L |title=Transgenic animal models in biomedical research |journal=Methods Mol Biol |volume=360 |issue= |pages=163–202 |year= |pmid=17172731}}</ref> o per le coltivazioni [[agricoltura|agricole]].<ref>{{cite journal |author=Daniell H, Dhingra A |title=Multigene engineering: dawn of an exciting new era in biotechnology |journal=Curr Opin Biotechnol |volume=13 |issue=2 |pages=136–41 |year=2002 |pmid=11950565}}</ref><ref>{{cite journal |author=Job D |title=Plant biotechnology in agriculture |journal=Biochimie |volume=84 |issue=11 |pages=1105–10 |year=2002 |pmid=12595138}}</ref>
===Medicina forense===
{{vedi anche|Medicina forense}}
La [[medicina forense]] si serve del DNA, generalmente isolato dal [[sangue]], dalla [[pelle]], dalla [[saliva]], dai [[capelli]] e da altri tessuti e fluidi biologici, per identificare i responsabili di atti criminosi, come delitti o violenze. Il processo utilizzato è il [[impronta genetica|fingerprinting genetico]]: tale tecnica consiste nel comparare la lunghezza delle sezioni variabili del [[DNA ripetitivo]], come le [[short tandem repeat]]s ed i [[minisatelliti]], che possono risultare molto diverse tra un individuo e l'altro. La comparazione tra due campioni di DNA in esame, non si basa perciò sull'analisi di tutta la sequenza desossiribonucleotidica, ma solo su tali sezioni. Infatti, due individui non legati da rapporti di parentela hanno in comune ben il 99,9% di sequenza di DNA. Tale metodo è solitamente molto affidabile,<ref>{{cite journal |author=Collins A, Morton N |title=Likelihood ratios for DNA identification | url=http://www.pnas.org/cgi/reprint/91/13/6007.pdf | journal=Proc Natl Acad Sci U S A |volume=91 |issue=13 | pages=6007–11 |year=1994 |pmid=8016106}}</ref> anche se a volte l'identificazione dei criminali può risultare complicata qualora la scena sia contaminata dal DNA di diverse persone.<ref>{{cite journal |author=Weir B, Triggs C, Starling L, Stowell L, Walsh K, Buckleton J |title=Interpreting DNA mixtures | journal=J Forensic Sci |volume=42 |issue=2 | pages=213–22 |year=1997 |pmid=9068179}}</ref> Questo metodo, sviluppato nel [[1984]] dal [[genetica|genetista]] [[regno Unito|britannico]] Sir [[Alec Jeffreys]],<ref>{{cite journal |author=Jeffreys A, Wilson V, Thein S |title=Individual-specific 'fingerprints' of human DNA. | journal=Nature |volume=316 |issue=6023 | pages=76–9 |year=|pmid=2989708}}</ref> fu usato per la prima volta nel [[1988]] per incriminare Colin Pitchfork. Nella pratica attuale, spesso i sospettati sono invitati a fornire un campione di DNA per il confronto con eventuali reperti biologici presenti sulla scena del delitto. Il fingerprinting genetico può essere utilizzato anche per identificare le vittime di incidenti di massa.
===Bioinformatica===
{{vedi anche|Bioinformatica}}
La [[bioinformatica]] è una branca della [[biologia]] che comprende la manipolazione, la ricerca ed il [[data mining]] dei dati relativi a sequenze di DNA. Lo sviluppo di tecniche utili ad immagazzinare e ricercare sequenze di DNA, infatti, ha condotto ad ampi sviluppi dell'informatica applicata alla biologia molecolare, specialmente per quanto riguarda gli algoritmi di ricerca di stringhe e l'[[apprendimento automatico]].<ref>Baldi, Pierre. Brunak, Soren. ''Bioinformatics: The Machine Learning Approach'' MIT Press (2001) ISBN 978-0-262-02506-5</ref> Gli algoritmi di ricerca (o appaiamento) di stringhe, in grado di individuare la presenza di una sequenza di lettere all'interno di sequenze molto più ampie, furono inizialmente sviluppati per la ricerca di specifiche sequenze nucleotidiche.<ref>Gusfield, Dan. ''Algorithms on Strings, Trees, and Sequences: Computer Science and Computational Biology''. Cambridge University Press, 15 January 1997. ISBN 978-0-521-58519-4.</ref> Esistono da molto tempo, ovviamente, semplici algoritmi in grado di affrontare questi problemi (quelli presenti, ad esempio, negli [[editor di testo]]), ma l'analisi del DNA, che si presenta come composto di sole quattro lettere, richiede programmi più elaborati. Il problema immediatamente correlato dell'[[allineamento di sequenza]] si pone come obiettivo quello di identificare le sequenze [[omologia|omologhe]] ed individuare le specifiche [[mutazioni]] che le rendono differenti. Queste tecniche, in particolare l'[[allineamento di sequenze multiple]], sono utilizzate per studiare le [[filogenesi|relazioni filogenetiche]] e la funzione delle proteine.<ref>{{cite journal |author=Sjölander K |title=Phylogenomic inference of protein molecular function: advances and challenges | url=http://bioinformatics.oxfordjournals.org/cgi/reprint/20/2/170 | journal=Bioinformatics |volume=20 |issue=2 | pages=170-9 |year=2004 |pmid=14734307}}</ref> Esistono anche algoritmi di ricerca genetica. La grande quantità di dati ottenuta da progetti come il [[progetto genoma umano]] è infatti di difficile utilizzo senza una prima analisi che permetta di localizzare i geni e le regioni regolatorie sui cromosomi. Tali algoritmi, dunque, sono in grado di riconoscere regioni putative di presenza di geni codificanti per RNA o per proteine.<ref name="Mount">{{cite book|author = Mount DM |title=Bioinformatics: Sequence and Genome Analysis | edition = 2 | publisher = Cold Spring Harbor Laboratory Press | ___location | Cold Spring Harbor, NY | date = 2004 | isbn = 0879697121}}</ref>
===DNA in informatica e nanotecnologie===
{{vedi anche|Computer a DNA}}
[[Immagine:DNA nanostructures.png|thumb|400px|La struttura di DNA presente a sinistra è in grado di autoassemblarsi nella configurazione presente a destra. L'uso del DNA nelle nanotecnologie sfrutta le proprietà di riconoscimento molecolare tipiche del DNA<ref>Immagine prelevata da ''Strong M. Protein nanomachines. PLoS Biol. 2004 Mar;2(3):E73. Epub 2004 Mar 16. {{Entrez Pubmed|15024422}}''</ref>]]
Il DNA è stato utilizzato in informatica per la prima volta per risolvere un semplice problema di [[cammino hamiltoniano]], un [[Teoria della complessità|problema NP-completo]].<ref>{{cite journal |author=Adleman L |title=Molecular computation of solutions to combinatorial problems | journal=Science |volume=266 |issue=5187 | pages=1021–4 |year=1994 |pmid=7973651}}</ref> Il calcolo attraverso il DNA è più vantaggioso rispetto a quello ''classico'' per via elettronica sia dal punto di vista dell'energia consumata, sia da quello dello spazio utilizzato: strutture di questo genere sono infatti in grado di svolgere [[Calcolo parallelo|calcoli in modalità parallele]] che permettono di risolvere agevolmente numerosi altri problemi quali la simulazione di [[macchina astratta|macchine astratte]], il [[Soddisfacibilità booleana|problema di soddisfacibilità booleana]] e la versione ''bounded'' del [[problema del commesso viaggiatore]].<ref>{{cite journal |author=Parker J |title=Computing with DNA. | url=http://www.pubmedcentral.nih.gov/articlerender.fcgi?tool=pubmed&pubmedid=12524509 | journal=EMBO Rep |volume=4 |issue=1 | pages=7–10 |year=2003 |pmid=12524509}}</ref> Grazie alla sua compattezza, il DNA presenta anche un ruolo (almeno teorico) nel campo dela [[crittografia]], nella quale permetterebbe in particolare la costituzione e l'utilizzo efficiente di [[Cifrario di Vernam|cifrari di Vernam]] sicuri.<ref>Ashish Gehani, Thomas LaBean and John Reif. [http://citeseer.ist.psu.edu/gehani99dnabased.html DNA-Based Cryptography]. Proceedings of the 5th DIMACS Workshop on DNA Based Computers, Cambridge, MA, USA, 14–15 June 1999.</ref>
Il DNA è utilizzato anche nel campo delle [[nanotecnologie]] poiché presenta proprietà di riconoscimento molecolare che lo rendono in grado di auto-assemblarsi in strutture complesse di tipo bidimensionale o [[poliedri]]co. Tali assemblati sono utilizzati con funzioni essenzialmente strutturali e non come vettori di informazione biologica.
===Storia e antropologia===
{{vedi anche|Filogenetica}}
[[Immagine:MyosinUnrootedTree.jpg|thumb|right|300px|[[Albero filogenetico]] delle miosine<ref>T. Hodge and M.J.T.V. Cope (2000). "A Myosin Family Tree". Journal of Cell Science 113: 3353-3354 {{Entrez Pubmed|10984423}}</ref>]]
Dal momento che il DNA è sottoposto nel tempo a mutazioni che vengono ereditate, esso contiene informazioni preziose che possono essere utilizzate dai genetisti per studiare l'evoluzione degli organismi e la loro [[filogenesi]].<ref>{{cite journal |author=Wray G |title=Dating branches on the tree of life using DNA | url=http://www.pubmedcentral.nih.gov/articlerender.fcgi?tool=pubmed&pubmedid=11806830 | journal=Genome Biol |volume=3 |issue=1 | pages=REVIEWS0001 |year=2002 |pmid=11806830}}</ref> Sulla base delle diverse mutazioni presenti in geni estremamente conservati tra gli organismi (oppure, tramite algoritmi comparativi bioinformatici più avanzati, confrontando direttamente interi genomi) i genetisti sono in grado di ricostruire [[Albero filogenetico|alberi filogenetici]] in grado di descrivere l'evoluzione di diverse specie anche molto diverse tra loro.<ref>{{cite journal | last = Letunic | first = I | year = 2007 | title = Interactive Tree Of Life (iTOL): an online tool for phylogenetic tree display and annotation. | journal = Bioinformatics | volume = 23(1) | pages = 127-8 | url = http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?cmd=Retrieve&db=pubmed&dopt=Abstract&list_uids=17050570 | format = [[Pubmed]] }}</ref><ref>{{cite journal | last = Ciccarelli | first = FD | year = 2006 | title = Toward automatic reconstruction of a highly resolved tree of life. | journal = Science | volume = 311(5765) | pages = 1283-7 | url = http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?cmd=Retrieve&db=pubmed&dopt=Abstract&list_uids=16513982 | format = [[Pubmed]] }}</ref> Studiando le mutazioni accumulatesi nel tempo, è anche possibile ricostruire alberi che descrivano l'evoluzione all'interno di famiglie di proteine.
Comparando le sequenze di DNA all'interno di una stessa specie, inoltre, è possibile studiare la storia genetica di particolari [[genetica delle popolazioni|popolazioni]]. Ciò presenta una notevole rilevanza sia per analisi [[ecologia|ecologiche]] sia per studi [[antropologia|antropologici]]: il DNA è stato usato, ad esempio, per ricostruire la vicenda delle [[dieci tribù perdute d'Israele]].<ref>''Lost Tribes of Israel'', NOVA, messa in onda sulla [[Public_Broadcasting_Service|PBS]]: 22 febbraio 2000. Testo disponibile su [http://www.pbs.org/wgbh/nova/transcripts/2706israel.html PBS.org] (ultimo accesso: 4 marzo 2006)</ref>
<br style="clear:both;"/>
==Note==
{{references|3}}
== Voci correlate ==
* [[Complementarità]]
* [[CRLF1]]
* [[Dogma centrale della biologia molecolare]]
* [[Origine della vita]]
* [[Prodotto genico]]
* [[Progetto genoma]]
* [[RNA]]
* [[integrone]]
== Altri progetti ==
{{interprogetto|commons=Category:DNA}}
==Collegamenti esterni==
*[http://www.sapere.it/gr/ArticleViewServletOriginal?otid=GEDEA_dna_o_adn Il Dna] da Sapere.it
{{Acidi nucleici}}
{{Portale|biologia}}
{{censbio}} <!--Template di servizio del Progetto Bio - Si prega di non cancellare!-->
[[Categoria:DNA| ]]
[[Categoria:Acronimi]]
[[Categoria:Identificazione personale]]
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[[af:DNS]]
[[an:Azeto desoxirribonucleico]]
[[ar:حمض نووي ريبي منقوص الأكسجين]]
[[arz:حمض نووى]]
[[ast:Ácidu desoxirribonucleicu]]
[[az:Dezoksiribonuklein turşusu]]
[[bat-smg:DNR]]
[[bg:ДНК]]
[[bn:ডিএনএ]]
[[br:Trenkenn dezoksiribonukleek]]
[[bs:Dezoksiribonukleinska kiselina]]
[[ca:Àcid desoxiribonucleic]]
[[cs:DNA]]
[[cy:DNA]]
[[da:Deoxyribonukleinsyre]]
[[de:Desoxyribonukleinsäure]]
[[el:DNA]]
[[en:DNA]]
[[eo:DNA]]
[[es:Ácido desoxirribonucleico]]
[[et:Desoksüribonukleiinhape]]
[[eu:Azido desoxirribonukleiko]]
[[fa:دیانای]]
[[fi:DNA]]
[[fo:DNA]]
[[fr:Acide désoxyribonucléique]]
[[ga:ADN]]
[[gl:Ácido desoxirribonucleico]]
[[hak:DNA]]
[[he:DNA]]
[[hi:डीऑक्सीराइबोन्यूक्लिक अम्ल]]
[[hr:Deoksiribonukleinska kiselina]]
[[ht:ADN]]
[[hu:Dezoxiribonukleinsav]]
[[hy:ԴՆԹ]]
[[ia:Acido deoxyribonucleic]]
[[id:Asam deoksiribonukleat]]
[[is:DNA]]
[[ja:デオキシリボ核酸]]
[[jv:DNA]]
[[ka:დეზოქსირიბონუკლეინის მჟავა]]
[[kk:ДНҚ]]
[[ko:디옥시리보핵산]]
[[ku:DNA]]
[[la:Acidum desoxyribonucleicum]]
[[lmo:DNA]]
[[lt:Deoksiribonukleorūgštis]]
[[lv:Dezoksiribonukleīnskābe]]
[[mk:ДНК]]
[[ml:ഡി.എന്.എ.]]
[[mn:ДНХ]]
[[ms:DNA]]
[[my:ဒီအန်အေ]]
[[nl:DNA]]
[[nn:DNA]]
[[no:DNA]]
[[nov:DNA]]
[[oc:Acid desoxiribonucleïc]]
[[om:DNA]]
[[pam:DNA]]
[[pap:ADN]]
[[pdc:DNA]]
[[pl:Kwas deoksyrybonukleinowy]]
[[pms:DNA]]
[[ps:ډي ان اې (DNA)]]
[[pt:Ácido desoxirribonucleico]]
[[ro:ADN]]
[[ru:Дезоксирибонуклеиновая кислота]]
[[sah:ДНА]]
[[scn:DNA]]
[[sh:DNK]]
[[simple:DNA]]
[[sk:Deoxyribonukleová kyselina]]
[[sl:Deoksiribonukleinska kislina]]
[[sq:ADN]]
[[sr:ДНК]]
[[su:DNA]]
[[sv:DNA]]
[[sw:DNA]]
[[ta:டி.என்.ஏ]]
[[te:డీఆక్సీరైబో కేంద్రక ఆమ్లం]]
[[th:ดีเอ็นเอ]]
[[tl:DNA]]
[[tr:DNA]]
[[uk:Дезоксирибонуклеїнова кислота]]
[[ur:ڈی این اے]]
[[vi:ADN]]
[[vls:DNA]]
[[yi:די ען איי]]
[[yo:DNA]]
[[zh:脱氧核糖核酸]]
[[zh-min-nan:DNA]]
[[zh-yue:DNA]]
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