Concetti Chiave
- La replicazione del DNA inizia in punti specifici chiamati origini di replicazione, con differenze tra batteri (una sola origine) ed eucarioti (multiple origini).
- Le elicasi separano i filamenti di DNA, creando bolle di replicazione, mentre le proteine SSB mantengono i filamenti separati durante il processo.
- La DNA polimerasi, supportata dalla primasi, inizia a sintetizzare nuovi nucleotidi, formando legami fosfodiesterici con energia derivante dall'idrolisi del pirofosfato.
- Negli eucarioti esistono tre tipi di DNA polimerasi, ciascuna con funzioni specifiche, come la correzione degli errori tramite attività esonucleasica.
- Nei procarioti, la polimerasi principale (Pol III) duplica simultaneamente entrambi i filamenti, mentre altre polimerasi gestiscono specifiche funzioni come la rimozione dei primer RNA.
Indice
Origine della replicazione
Per iniziare la replicazione, il DNA deve aprirsi in un punto specifico chiamato origine di replicazione (Ori).
•Nei batteri, esiste un’unica origine (oriC) con molte coppie di basi A-T, più facili da separare rispetto alle G-C. Una proteina chiamata DnaA si lega a questa sequenza e apre la doppia elica. Poi, l’elicasi DnaB, aiutata da DnaC, separa i due filamenti come una cerniera.
•Negli eucarioti, i cromosomi sono molto più grandi, quindi hanno molte origini di replicazione, ovvero sequenze ricche di A=T che sono più semplici da separare. Qui entra in gioco un complesso proteico chiamato ORC che riconosce i siti di origine. Su ogni sito di origine individuato, si aggiungono tutti i fattori di replicazione dando vita al pre-replication complex, che “prepara” il DNA per la replicazione. Ogni origine può essere utilizzata una sola volta per ciclo cellulare, per evitare di duplicare uno stesso tratto. Tale compito è affidato al licensing factor.
Ruolo delle elicasi e SSB
Quindi, intervengono le elicasi che separano i due filamenti di DNA e formano delle bolle di replicazione, alle cui estremità abbiamo forcelle di replicazione. Avendo quindi le due estremità delle forcelle di replicazione, abbiamo una duplicazione in direzioni opposte, ovvero bidirezionale.
Una volta separati i due filamenti vengono mantenuti separati dalle SSB.
Man mano che il doppio filamento viene aperto, si possono generare delle tensioni. Questa tensione è alleviata dalle topoisomerasi (nei provarioti si chiama girasi), enzimi che tagliano temporaneamente il DNA: Topoisomerasi I: taglia un singolo filamento e Topoisomerasi II: taglia entrambi i filamenti. Il filamento tagliato scarica lo stress, dopodiché il legame fosfodiesterico viene ristabilito.
Inizio della duplicazione
A questo punto, la DNA polimerasi può ricopiare il filamento, ma per funzionare, ha bisogno di un punto di partenza su cui “attaccare” i nuovi nucleotidi. Entra in gioco l’enzima primasi che costruisce un piccolo pezzo di RNA chiamato primer, dal quale la polimerasi inizia a duplicare.
Gli enzimi principali della replicazione sono le DNA polimerasi, che aggiungono nucleotidi formando legami fosfodiesterici. L’energia deriva dall’idrolisi del pirofosfato che hanno i nucleotidi stessi prima di essere attaccati.
Tipi di DNA polimerasi
Negli eucarioti abbiamo 3 tipi di DNA polimerasi:
•Pol α: è la polimerasi che inizia ad aggiungere nucleotidi vicino al primer, formando un tratto ibrido. •Pol δ: sintetizza il filamento lento fatto dei frammenti di Okazaki con attività 3’→5’ esonucleasica, ovvero ripercorre il filamento all’indietro cambiando i nucleotidi sbagliati. Tale attività è anche chiamata correzione di bozze o proofreading. Se l’errore sfugge a questo meccanismo interviene il meccanismo di mismatch reapir che funziona allo stesso modo.
•Pol ε: sintetizza il filamento guida (leading strand) con attività 3’→5’ esonucleasica.
Polimerasi nei procarioti
Anche nei Procarioti abbiamo 3 tipi di DNA polimerasi:
•Pol III: da DNA polimerasi principale che sintetizza i filamenti. È unica sia per il filamento guida che per quello tardivo poiché duplica entrambi contemporaneamente, tramite la formazione di un’ansia sul filamento tardivo in modo che orienta anche quello tardivo nella stessa direzione del filamento guida.
•Pol I: rimuove primer RNA e sostituisce con DNA.
•Pol II: coinvolta solo nella riparazione del DNA.
Stabilità delle polimerasi
Negli eucarioti le polimerasi tendono a staccarsi dal filamento, per interviene la pinza scorrevole PCNA, caricata da RFC, che mantiene la polimerasi stabile sul DNA.
Domande da interrogazione
- Qual è il ruolo dell'origine di replicazione nella replicazione del DNA?
- Come avviene la separazione dei filamenti di DNA durante la replicazione?
- Qual è il ruolo della primasi nella replicazione del DNA?
- Quali sono i principali tipi di DNA polimerasi negli eucarioti e le loro funzioni?
- Come viene garantita la stabilità delle DNA polimerasi durante la replicazione nei procarioti?
L'origine di replicazione (Ori) è il punto specifico dove il DNA si apre per iniziare la replicazione. Nei batteri, esiste un'unica origine (oriC), mentre negli eucarioti ci sono molte origini, tutte ricche di A-T, che facilitano la separazione dei filamenti (come descritto nel testo).
La separazione dei filamenti è effettuata dalle elicasi, che formano bolle di replicazione. Le SSB mantengono i filamenti separati, mentre le topoisomerasi alleviano le tensioni generate durante l'apertura del DNA (come spiegato nel testo).
La primasi costruisce un primer di RNA che funge da punto di partenza per la DNA polimerasi, permettendo così la duplicazione del filamento di DNA (come indicato nel testo).
Negli eucarioti ci sono tre tipi di DNA polimerasi: Pol α (inizia la sintesi vicino al primer), Pol δ (sintetizza il filamento lento e corregge errori) e Pol ε (sintetizza il filamento guida) (come descritto nel testo).
Nei procarioti, la stabilità della DNA polimerasi è garantita dalla Pol III, che duplica entrambi i filamenti contemporaneamente, e dalla pinza scorrevole PCNA, che mantiene la polimerasi stabile sul DNA (come spiegato nel testo).
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