Concetti Chiave
- La replicazione del DNA permette la trasmissione dell'informazione genetica, garantendo che ogni cellula figlia riceva una copia esatta del DNA della cellula madre.
- Gli esperimenti di Meselson e Stahl negli anni '50 dimostrarono che la replicazione del DNA è semiconservativa, confermando l'ipotesi di Watson e Crick.
- Durante la sintesi del nuovo filamento di DNA, i nucleosidi trifosfato sono utilizzati, con la formazione di legami fosfodiesterici catalizzata dalle DNA-polimerasi.
- La replicazione del DNA avviene in direzione 5'-3', utilizzando l'energia dall'idrolisi del pirofosfato per la sintesi dei nucleosidi monofosfato.
- Nei procarioti, la replicazione inizia in un unico sito specifico, formando una bolla di replicazione con forcelle divergenti, con sintesi continua e discontinua sui filamenti.
Indice
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 delle molecole di DNA in termini di replicazione?
- Come hanno dimostrato Meselson e Stahl la natura della replicazione del DNA?
- Qual è il ruolo delle DNA-polimerasi nella sintesi del nuovo filamento di DNA?
Le molecole di DNA hanno la capacità di formare copie esatte di se stesse, permettendo la trasmissione dell'informazione genetica durante le divisioni cellulari.
Meselson e Stahl hanno utilizzato isotopi di azoto 14N e 15N per dimostrare che la replicazione del DNA è semiconservativa, mostrando che dopo un ciclo di replicazione si forma DNA a densità intermedia.
Le DNA-polimerasi catalizzano la formazione dei legami fosfodiesterici durante la sintesi del nuovo filamento polinucleotidico, che avviene sempre in direzione 5'-3'.
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