Duplicazione del DNA

Una caratteristica comune delle cellule, siano esse eucariotiche o procariotiche, è quella della possibilità di divisione. È sperimentalmente osservabile che i batteri, se collocati in terreni di coltura adatti, si moltiplicano con ritmi sostenuti. Anche le cellule animali, che sono eucariotiche, si moltiplicano ma con ritmi meno intensi.

La divisione cellulare, affinché possa produrre delle cellule complete, necessita di processi di replicazione del DNA veloci e estremamente efficaci; se la duplicazione del DNA non fosse fedele per ogni ciclo replicativo si introdurrebbero delle mutazioni, a livello dell'informazione genetica, che porterebbero alla sintesi di proteine non funzionali. A lungo andare, se la duplicazione del DNA non fosse estremamente precisa, la cellula potrebbe non essere più capace di sopravvivere, anche perché le verrebbero a mancare i sistemi di autoriparazione, oppure potrebbe trasformarsi in una cellula cancerosa.

La replicazione del DNA è un evento complesso che consiste, operando un riassunto degli avvenimenti, nell'apertura della doppia elica e nella successiva riproduzione di un filamento complementare sintetizzato ex-novo.

La duplicazione del DNA è un evento enzimaticamente favorito. Gli enzimi giocano un ruolo fondamentale sia per quelli che potrebbero essere considerati come gli aspetti peculiari della polimerizzazione di un nuovo filamento di DNA sia per ciò che concerne gli eventi di riparazione del DNA danneggiato.

Replicazione semiconservativa

Esistono diversi modi mediante i quali è possibile ipotizzare la duplicazione del DNA; queste supposizioni sono state vagliate sperimentalmente nella metà del XX secolo per determinare il reale meccanismo di duplicazione del DNA.

 

Replicazione semiconservativa
Duplicazione semiconservativa del DNA.

 

La teoria conservativa prevedeva che il doppio filamento di DNA rimanesse integro e, in qualche modo, la cellula avrebbe pensato a duplicarlo. Secondo la teoria semiconserivativa, invece, si ipotizzava che i due filamenti del DNA si potessero separare ed ognuno avrebbe avuto un ruolo di stampo per un nuovo filamento. Esperimenti sviluppati con l'aiuto dell'azoto pesante (15N) hanno confermato che la replicazione del DNA è di tipo semiconservativa: data una singola molecola di DNA in duplicazione le due molecole parentali avranno un filamento parentale ed un filamento sintetizzato ex-novo.

Introduzione alla replicazione nei batteri

Le topoisomerasi sono enzimi che servono a operare delle rotture in un filamento o in ambedue, del DNA affinché possa essere vinta la forza torcente della doppia elica e delle sue superspiralizzazioni. In genere le topoisomerasi II riescono a eliminare i superavvolgimenti anche se ci sono delle eccezioni a questa affermazione.

L'enzima chiave per la sintesi di DNA e, di conseguenza, per la duplicazione è la DNA polimerasi. I batteri possiedono tre diverse classi di DNA polimerasi, ciascuna delle quali ha uno specifico compito nel processo di duplicazione del DNA. Altre due classi servono per la cosiddetta sintesi delle translesioni che rappresenta un meccanismo molecolare di riparazione, d'emergenza, del DNA mutato.

Differenti tipi di DNA polimerasi procariotiche

Nome

Funzionalità

Descrizione

DNA polimerasi I

(pol I)

DNA polimerasi esonucleasi 3'→5'

esonucleasi 5'→3'

Sintesi di neo-DNA, correzione di bozze, riparazione del segmento neosintetizzato. Possiede il frammento di Kleenow.

DNA polimerasi II

(pol II)

DNA polimerasi,

esonucleasi 5'→3'

Non strettamente necessaria per la sintesi di DNA nella replicazione.

DNA polimerasi III

(pol III oloenzima)

DNA polimerasi (α)

esonucleasi 3'→5' (ε)

Grossa proteina formata da 10 enzimi, si lega alle proteine SSB. Necessita di ATP per le proprie funzionalità.

 

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