Il DNA, o acido desossiribonucleico, costituisce il patrimonio genetico necessario per lo sviluppo ed il corretto funzionamento delle attività fisiologiche degli organismi viventi.
Una molecola di DNA è composta da due lunghe catene polimeriche, i filamenti di DNA, orientate in direzioni opposte, che si legano e avvolgono fra loro a spirale a formare una struttura denominata doppia elica. Tali catene sono costituite da una sequenza di unità molecolari, i nucleotidi, ognuno dei quali è costituito da tre elementi fondamentali:
- uno zucchero pentoso, cioè a cinque atomi di carbonio, il desossiribosio;
- un gruppo fosfato;
- una base azotata.
Gli zuccheri e i gruppi fosfato vanno a costituire lo scheletro esterno di ogni filamento, mentre le basi azotate sono orientate verso la porzione centrale della doppia elica. Nel DNA sono presenti quattro diversi tipi di nucleotidi, che si differenziano tra loro esclusivamente a livello delle basi azotate: adenina (A), citosina (C), guanina (G) o timina (T). Un filamento di DNA si può quindi paragonare ad una collana, nel cui filo (lo scheletro costituito da zucchero e gruppo fosfato) sono infilati quattro tipi di perline (le basi azotate A,C,G,T).
Citosina e timina sono molecole ad anello esagonale e sono denominate pirimidine, mentre adenina e guanina sono costituite da due anelli fusi tra loro, uno esagonale e uno a base pentagonale, e sono denominate purine. Le purine sono quindi più voluminose rispetto alle pirimidine.
Ogni base azotata presente su un filamento si lega per mezzo di un legame chimico, il legame idrogeno, ad una base azotata presente sul filamento opposto; le basi sono quindi appaiate tra loro. Tuttavia l’appaiamento non avviene in modo casuale, infatti l’adenina si accoppia sempre con la timina, mentre la citosina si unisce solamente con la guanina; si può quindi parlare di complementarietà delle basi. In entrambi i casi, una base più voluminosa (purina) si appaia ad una base di dimensioni inferiori (pirimidina). Tale fenomeno fa sì che ogni coppia presenti lo stesso ingombro e che i due filamenti presentino così una distanza costante lungo l’intera molecola di DNA.
L’appaiamento tra basi avviene inoltre solamente se i due filamenti presentano polarità opposte. Per indicare la polarità del DNA, una estremità viene chiamata estremità 5′ (“cinque primo”) e l’altra estremità 3′ (“tre primo”). Tale convenzione deriva dalle modalità di legame tra le unità nucleotidiche dei filamenti.
