LA DUPLICAZIONE DEL DNA

Dopo la scoperta dell'accoppiamento obbligatorio tra adenina e timina e tra guanina e citosina, Watson e Crick proposero che un filamento di DNA venisse usato come base di partenza per ricreare per creare la seconda parte dell'elica durante la duplicazione del DNA. Nel 1958 si ebbe la conferma di queste ipotesi mediante due serie di evidenze sperimentali. Nel frattempo venne scoperto un enzima, chiamato DNA polimerasi, il cui scopo era quello di aggiungere nucleotidi complementari alla metà di molecola di DNA "opposta". Venne condotto, inoltre, un esperimento dove, utilizzando gli isotopi dell'azoto, si dimostrò che le generazioni di batteri successive portavano con sè nuovi filamenti di DNA, che venivano trasmessi, inalterati, alle cellule figlie. Questo tipo di filamento fungeva da modello di base per la DNA polimerasi la quale creava un secondo filamento complementare per la molecola di DNA
Come avviene la divisione del DNA?
La duplicazione del DNA avviene quando un DNA elicasi divide un segmento di DNA e rompe i legami a idrogeno tra i due segmenti di DNA. L'enzima chiamato DNA polimerase può aggiungere i nucleotidi solo al filamento che ruota in direzione 3', costruendo quindi in direzione 5'-3'. Nel filamento opposto, invece, la ricostruzione del DNA risulta più complessa. E', infatti, necessario inserire dei primer di RNA da parte dell'RNA primase; a quel punto il DNA polimerase III inserisce desossiribonucleotidi tra un primer e l'altro. Successivamente, il DNA polimerase I sostituisce i primer di RNA con DNA. Infine, il DNA ligase unisce i vari "spezzoni" di DNA mediante un legame fosfodiestere.

LA GEOMETRIA MOLECOLARE

Le molecole, grazie ai legami covalenti, possono creare strutture geometriche ben distinte, essendo i legami orientati nello spazio in modo da formare angoli di legame. Nel 1957 viene formulata la teoria del VSEPR (Valence Shell Electronic Pair Repulsion) la quale afferma che gli atomi di una molecola si dispongono nello spazio, intorno a un atomo centrale, in base alle forze repulsive che si stabiliscono fra le coppie di elettroni del livello di valenza. In alcune molecole esistono coppie spaiate di elettroni non impegnati dette doppietti elettronici liberi (lone pairs).
La costruzione delle molecole permette di spiegare anche alcune proprietà come la polarità ossia molecole che si comportano come piccoli dipoli elettrici, esistono però anche molecole che non risentono di questo effetto e vengono dette, quindi, apolari.

Teoria VSEPR

LA TEORIA DELL'ORBITALE MOLECOLARE

La teoria dell'orbitale molecolare tenta di spiegare ciò che la teoria del legame di valenza lascia incolmato, ossia il fatto di considerare immutati gli orbitali atomici contraenti dopo la formazione del legame e l'incapacità di spiegare le proprietà magnetiche di varie molecole.
Questa teoria fu proposta per la prima volta da Hund e Mulliken.
Secondo questa teoria: secondo il principio di Aufbau gli elettroni occupano orbitali con energia più bassa, ossia più stabili, passando a quelli con energia più elevata solo dopo averli saturati; il numero di orbitali molecolari è uguale a quello degli orbitali atomici; secondo il principio di Hund quando ci sono due orbitali con energia uguale in ognuno di essi si posiziona un solo elettrone; secondo il principio di Pauli ogni orbitale contiene due elettroni con spin antiparallelo.
Gli orbitali molecolari possono essere definiti leganti, se gli elettroni soggiornano maggiormente nello spazio tra i due nuclei ottenendo maggiori possibilità di legame, o antileganti nel caso opposto.

LEGAMI SIGMA E LEGAMI PIGRECO

La lunghezza e l'energia di un legame dipendono dalla modalità di sovrapposizione: quando i due orbitali si sovrappongono frontalmente si ottiene un legame molto solido di forma ovoidale denominato sigma; quando invece la sovrapposizione è laterale si genera un legame pigreco.

Legami sigma e pigreco

GLI ORBITALI IBRIDI

Può capitare che la distribuzione elettronica degli atomi subisca delle alterazioni ove alcune coppie di elettroni si spaiano e vanno ad occupare orbitali elettronici vuoti con energia di poco superiore: si ottiene quindi la promozione dell'elettrone all'altro orbitale.

Orbitali ibridi sp, sp2 e sp3

LA TEORIA DEL LEGAME DI VALENZA

Dopo la scoperta della doppia natura dell'elettrone si affermò, negli anni Trenta, la teoria di orbitale atomico.
La teoria del legame di valenza afferma che un legame chimico si forma spontaneamente tra due atomi che presentino orbitali semivuoti (o incompleti) al fine di completare la saturazione. In questo caso non si cerca più di completare l'ottetto elettronico, ma di saturare orbitali incompleti ed instabili. Il legame si crea quando due atomi si avvicinano sufficientemente da sovrapporre i loro orbitali; così facendo i due elettroni di legame apparterranno ad entrambi gli elettroni nella zona di legame. Dal punto di vista energetico è fondamentale una riduzione dell'energia potenziale attraverso l'aumento di forze attrattive all'interno del legame atomico (nucleo 1-elettroni 2; nucleo 2-elettroni 1). Il picco minimo di energia potenziale si trova ad una determinata distanza tra i due nuclei (nel caso del legame H-H a 74 pm) e più essi si avvicinano più l'energia potenziale tende ad aumentare, fino alla rottura del legame.

Schema energia potenziale

L'IBRIDO DI RISONANZA

Secondo la scrittura delle molecole di Lewis talvolta la creazione di una sola struttura non basta ed è necessario crearne delle ulteriori. Questo processo di "mediazione" tra le varie strutture create viene detto risonanza e la struttura molecolare viene definita ibrido di risonanza.
Nella scrittura tutte le strutture parziali vengono scritte e collegate tra loro mediante una doppia freccia ( <=> ). Per definire la stabilità delle forme limite si può calcolare la carica formale, ossia la carica dei legami di un atomo quando essi sono tutti covalenti: carica formale = e.v. tot. - (e. tot. coppie di non legame + metà e. tot. in coppie di legame).

Ibrido di risonanza