Meccanismi di replicazione del DNA: esperimenti e processi cellulari

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.