Nella biologia molecolare, la doppia elica si riferisce alla struttura del DNA. La struttura del modello a doppia elica del DNA venne per prima pubblicata nella rivista Nature da James D. Watson e Francis Crick nel 1953, basata su dati forniti da Rosalind Franklin e Raymond Gosling, Maurice Wilkins, Alexander Stokes e Herbert Wilson, come pure l’informazione chimica e biochimica base-pairing di Erwin Chargaff.
Crick, Wilkins e Watson ricevettero ognuno un terzo del Premio Nobel per i loro contributi alla scoperta . Franklin non ricevette mai un Premio Nobel, essendo morta prima che potesse esserne insignita, dato che il Nobel non può essere consegnato postumo.
La struttura genetica
La doppia elica del DNA è un polimero a spirale destrorsa di acidi nucleici, tenuti insieme dai nucleotidi. Un singolo giro di elica costituisce dieci nucleotidi. La struttura a doppia elica del DNA contiene un solco maggiore e un solco minore, il primo essendo più ampio del secondo. Considerata la differenza in larghezza tra i solchi maggiore e minore, molte proteine che si allacciano al DNA lo fanno attraverso il solco più ampio.
In natura il DNA si presenta con una struttura secondaria a doppia elica frutto dell’associazione di due singoli filamenti. L’accoppiamento delle due catene si realizza attraverso la formazione di ponti a idrogeno tra le rispettive basi azotate, che vengono quindi a situarsi nella porzione centrale della struttura. L’abbinamento fra i nucleotidi può realizzarsi soltanto tra basi cosiddette complementari, cioè fra adenina e timina, mediante due ponti a idrogeno (A=T), o tra citosina e guanina, mediante tre ponti a idrogeno (C≡G).
Le due catene, per fronteggiarsi, devono opporre una direzionalità inversa, per cui è nato il termine di eliche antiparallele. Le basi presentano una struttura planare e sono disposte in maniera parallela tra loro, come i gradini di una scala a chiocciola.
La complementarietà dei due filamenti ha una conseguenza fondamentale. Infatti, qualora sia stabilita l’esatta successione di basi di un filamento, si può ricavare, seguendo semplicemente le leggi della complementarietà, la serie di nucleotidi del filamento corrispondente.
In questa conformazione ciascuna coppia di basi dista dalle contigue 0,34 nanometri. Un giro completo dell’elica, o passo dell’elica, misura 3,4 nanometri, per cui sono presenti 10 coppie di basi per un giro completo. Il diametro dell’elica è di 2 nanometri. L’avvitamento è destrorso, ossia, immaginando di guardare lungo l’asse, i due filamenti si avvolgono in senso orario.
La struttura del DNA in natura ed in condizioni normali viene detta di tipo B con le basi perpendicolari all’asse dell’elica.
La struttura B è la più frequente ed è quella a cui ci si riferisce in generale. Rappresenta il DNA in una soluzione acquosa e forma al suo esterno due solchi di diverse dimensioni chiamati solco maggiore e solco minore. In condizioni particolari esistono altre due strutture dette A e Z.
La struttura A non esiste in vivo e corrisponde alla molecola disidratata ed è più compatta. Contiene 11 basi per giro, presenta un diametro di 2,4 nanometri ed un passo di 2,6 nanometri. La struttura Z è un elica sinistrorsa con lo scheletro che presenta un andamento ondulato (Z = Zig-zag). Contiene 12 basi per giro, presenta un diametro di 1,8 nanometri ed un passo di 3,7 nanometri. Questa struttura si può formare in brevi tratti costituiti da una alternanza delle basi G e C ripetute più volte. Si pensa che possa avere delle funzioni strutturali e di informazione in alcuni processi cellulari e inoltre una sua eccessiva presenza sembra essere correlata alla comparsa di malattie autoimmuni.