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ORIGINE VITA/ Sulle tracce dell'ordine che ha guidato la nascita del DNA

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Cristalli liquidi di DNA  Cristalli liquidi di DNA

Questa affermazione equivale ad assumere che le proprietà fisiche dei componenti principali delle macromolecole biologiche (DNA, RNA, proteine e lipidi) devono aver avuto un ruolo nel promuovere il formarsi della complessità molecolare che caratterizza la materia vivente. è ragionevole immaginare che in ambienti primordiali (oceani, stagni, bocche idrotermali) in cui fossero presenti, in quantità più o meno consistenti, svariati tipi di molecole, quelle che possedevano proprietà chimico-fisiche tali da favorire la formazione la formazione spontanea di strutture complesse, avranno più facilmente generato macromolecole. La domanda aperta è quali tipi di strutture spontanee abbiano potuto precedere la formazione del RNA.

Proprio in questo contesto si inserisce uno studio recente, pubblicato sulla rivista Nature Communications, svolto da un gruppo di ricercatori dell’Università Statale di Milano - Tommaso Fraccia, Giuliano Zanchetta, Elvezia Paraboschi e Tommaso Bellini - in collaborazione con Giorgio Dieci dell'Università di Parma e con la University of Colorado di Boulder (Usa).

Questa ricerca è scaturita dall'osservazione che catene molto corte di DNA (4-20 paia di basi) sono capaci di sviluppare particolari forme di ordine (le affascinanti strutture colorate delle dimensioni di pochi micron mostrate nell'immagine iniziale) tipiche dei cristalli liquidi (ben noti dai display dei dispositivi elettronici). Pur non avendo un'applicazione tecnologica nel campo dei display, questa scoperta ha evidenziato l'importanza di una proprietà particolare del DNA e dell'RNA: le doppie eliche che noi tutti conosciamo interagiscono tra loro impilandosi una sull'altra, attraverso forze dette di stacking, favorendo la formazione di aggregati fisici lineari - ovvero catene in cui gli elementi sono a contatto ma non legati chimicamente tra loro - che sono stabilizzati dall'ordinamento collettivo del sistema. Per fare un'analogia, se tentiamo di impilare una gran quantità di scatolette di pelati, avremmo tanta più chance di ottenere pile abbastanza alte, quanto più riusciamo a fare delle colonne ben ordinate e vicine, in modo che si autosostengano, piuttosto che improvvisando precarie colonne disordinate e lontane tra loro.

L'aspetto interessante è che con il DNA e l'RNA questo processo avviene in modo spontaneo, senza aiuto esterno (prende infatti il nome di self-assembly) e dipende solamente dalle caratteristiche fisiche dei componenti iniziali. Organizzate in questo modo, i terminali delle doppie eliche sono mantenuti in continuo contatto. La ricerca effettuata ha mostrato che, in presenza di opportune condizioni chimiche capaci di rendere reattive le parti terminali delle molecole, questo ordine fisico spontaneo all'interno dei cristalli liquidi fa aumentare considerevolmente la formazione di legami chimici tra corte sequenze adiacenti di DNA. In questo modo gli aggregati lineari guidano la formazione di polimeri via via più lunghi.

Pertanto, la capacità di auto-ordinarsi di piccoli frammenti di DNA e RNA potrebbe essere quella proprietà cruciale, tanto invocata, che alcuni miliardi di anni fa ha guidato il formarsi dei primi filamenti capaci di attività enzimatica. Un tassello fondamentale per la comparsa vita sulla Terra.



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