Concetti Chiave
- La replicazione del DNA consente la formazione di copie esatte che trasmettono l'informazione genetica alle cellule figlie.
- Gli esperimenti di Meselson e Stahl hanno confermato la teoria semiconservativa della replicazione del DNA, evidenziando la presenza di filamenti di densità intermedia dopo il ciclo di replicazione.
- La replicazione è semiconservativa, con ogni molecola formata da un filamento preesistente e uno di nuova sintesi, determinato dalla successione delle basi dello stampo.
- Il nuovo filamento di DNA viene sintetizzato da nucleosidi trifosfato, con la reazione catalizzata dalle DNA-polimerasi in direzione 5'-3'.
- Nelle cellule procariotiche, la replicazione inizia in un'unica origine di replicazione, formando una bolla da cui divergono due forcelle di replicazione.
La replicazione del DNA
Caratteristica delle molecole del DNA è la capacità di formare copie esatte di se stesse; a queste copie è affidato il compito di trasmettere l’informazione genetica; nelle divisioni cellulari infatti ciascuna cellula figlia riceve un filamento di DNA identico a quello della cellula progenitrice.
Esperimenti di Meselson e Stahl
I meccanismi molecolari della replicazione furono approfonditi negli anni ‘50 da Meselson e Stahl, i quali sfruttarono la diversa densità degli isotopi 14N e 15N dell’azoto. Gli esperimenti furono condotti su una popolazione di Escherichia coli fatta crescere prima in un mezzo contenente 15N, poi in un mezzo di crescita contenente 14N; venivano così costruite molecole di DNA più leggere contenenti 14N e quelle meno leggere contenenti 15N. Estratto il DNA dalle cellule batteriche, con opportune tecniche fu possibile mettere in evidenza che dopo un ciclo di replicazione si era formato DNA a densità intermedia (un’elica con 15N, l’altra con 14N) e che dopo più cicli le catene leggere erano più numerose. I risultati confermarono l’ipotesi di Watson e Crick, secondo cui ciascun filamento della doppia elica funge da stampo nella sintesi di un nuovo filamento complementare.
La replicazione del DNA è semiconservativa, poiché ogni molecola prodotta dalla replicazione è costituita di un filamento preesistente e di un filamento di nuova sintesi; in particolare la successione delle basi sullo “stampo” determina a struttura del filamento complementare.
Sintesi del nuovo filamento
Il nuovo filamento polinucleotidico viene sintetizzato a partire da nucleosidi trifosfato di cui la cellula dispone: la formazione dei legami fosfodiesterici è catalizzata da una famiglia di enzimi o DNA-polimerasi e avviene sempre in direzione 5'-3',poiché il gruppo fosforico del carbonio 5' di ciascun nucleotide reagisce con il gruppo alcoolico al 3' del nucleotide precedente . L’energia spesa in questa reazione di sintesi è quella fornita dall’idrolisi del pirofosfato, derivato dalla scissione dei nucleosidi trifosfato in nucleosidi monofosfato e molecole di pirofosfato.
Replicazione nella cellula procariotica
Nella cellula procanotica la separazione dei due filamenti si verifica in un unico sito specifico del DNA circolare ,detto origine di replicazione;si forma una bolla dalla quale divergono due forcelle di replicazione e la sintesi procede in modo continuo su di un filamento e per “tronconi” e in direzione opposta sull’altro.
Domande da interrogazione
- Qual è la caratteristica principale della replicazione del DNA?
- Quali esperimenti hanno confermato il modello semiconservativo della replicazione del DNA?
- Come avviene la sintesi del nuovo filamento di DNA?
La replicazione del DNA è caratterizzata dalla capacità di formare copie esatte di se stesse, garantendo che ogni cellula figlia riceva un filamento di DNA identico a quello della cellula progenitrice.
Gli esperimenti di Meselson e Stahl, che utilizzarono isotopi di azoto, dimostrarono che dopo un ciclo di replicazione si formava DNA a densità intermedia, confermando l'ipotesi di Watson e Crick che ogni filamento della doppia elica funge da stampo per un nuovo filamento complementare.
La sintesi del nuovo filamento polinucleotidico avviene a partire da nucleosidi trifosfato, catalizzata da DNA-polimerasi, in direzione 5'-3', con energia fornita dall'idrolisi del pirofosfato.
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