Meccanismi complessi della replicazione del DNA e ruolo degli enzimi

N.B.: sono stati evidenziati in grassetto i nomi degli enzimi che partecipano alla replicazione del DNA.

Inizio della replicazione

La replicazione ha inizio nelle zone del DNA ricche di adenina e timina, in quanto sono presenti solo 2 legami a idrogeno e quindi la doppia elica è più debole.

Il DNA dei procarioti è corto e circolare, quindi si formerà una sola bolla di apertura; negli eucarioti, invece, ci sono da 20 fino a 80 punti di inizio.

Ruolo degli enzimi nella replicazione

L’enzima elicasi ha la funzione di separare la doppia elica partendo dal punto di origine e allargare, quindi, la bolla di apertura. Le SSB (single stand binding) fanno si che la doppia elica non si riunisca. La DNA polimerasi ha la vera funzione di sintesi del nuovo filamento (filamento leading). Questa insegue l’elicasi lungo tutto il suo percorso. La copia viene fabbricata in senso opposto. La DNA polimerasi, però, opera solo in senso 3’  5’ . Per risolvere questo problema interviene una seconda DNA polimerasi: la DNA polimerasi gamma. Questa parte da un punto più lontano di quello di partenza dell’altra DNA polimerasi e la insegue, formando pezzetti di filamenti lagging.

Problemi e soluzioni nella sintesi

Un altro problema della DNA polimerasi è che non può partire da zero, ma deve cominciare da un filamento di DNA preesistente. Per questo motivo, prima che queste due DNA polimerasi svolgano la loro funzione c’è bisogno di una 3° DNA polimerasi: la DNA polimerasi alfa primasi (o primer). Questa crea un primer composto dalle prime basi di RNA e gli ultimi 50-100 nucleotidi di DNA e può partire dal nulla. Il filamento lagging riesce a staccare il pezzetto di RNA del primer sostituendolo con basi del DNA. Il primo filamento lagging stacca la base di RNA del filamento leading, quindi l’unico pezzo di RNA che rimane è quello terminale. Questo viene poi eliminato, quindi il nuovo filamento sarà più corto di quello originale (parentale). Le cellule germinali e staminali possiedono un enzima chiamato telomerasi che è in grado di ricreare i telomeri riallungando il filamento di DNA.

Sintesi frammentata e unione

La sintesi del filamento lagging è ovviamente frammentata, dato che ogni volta si stacca e ricomincia da un punto ancora più indietro di dove aveva iniziato prima. Ogni frammento è detto di OKAZAKI. È necessario l’intervento dell’enzima ligasi per unire tra loro tutti questi frammenti.

Complessità del processo di replicazione

L’azione delle DNA polimerasi che formano i filamenti è, in realtà, molto più complessa, in quanto queste due sono legate attraverso un sistema di CLAP e CLAP LOADER, il quale le spinge a muoversi nella stessa direzione. Se i due filamenti originali rimanessero nella loro posizione “normale”, questo sistema spingerebbe uno dei due a muoversi in senso 5’  3’, cosa che come detto prima non è fattibile. Pertanto uno dei due filamenti si ripiega in modo tale che l’azione viene resa possibile.

Per finire, altri enzimi, chiamati topoisomerasi, rimuovono i superavvolgimenti che si creano quando si apre sempre più la doppia elica.

[img]https://www.newence.com/2017/04/05/nuove-prospettive-nei-meccanismi-cellulari-del-cancro-il-ruolo-degli-errori-da-replicazione-del-dna/[/img]