Il complesso processo di duplicazione del DNA e il ruolo degli enzimi

Autoduplicazione del DNA

Una caratteristica fondamentale della molecola di DNA è quella di autoduplicarsi.
La molecola di DNA non si divide contemporaneamente in tutti i punti, ma prima a partire dalle cosiddette bolle di duplicazione, le quali sono circa 10000 per ogni filamento. Esse si formano contemporaneamente in più parti, e questo permette di velocizzare l'intero processo. Le bolle aumentano di dimensioni fino a fondersi, grazie all'azione delle forcelle di replicazione, le quali si allargano in sensi opposti.

Ruolo delle elicasi

Il primo evento è lo scioglimento dei legami a idrogeno per opera di enzimi chiamati elicasi. Le single strand binding proteins tengono i filamenti separati in modo da evitare che essi si spiralizzino nuovamente. Inizia poi la copiatura dei due filamenti di DNA, che seguono un andamento antiparallelo.

Sintesi dei nuovi filamenti

Una serie di enzimi chiamati DNA polimerasi sintetizza i nuovi filamenti aggiungendo nucleotidi a un filamento preesistente grazie alla RNA primasi, che sintetizza un tratto di RNA detto primer, complementare allo stampo. Successivamente le DNA polimerasi aggiungono a questi blocchi dei nucleotidi: l'ultimo nucleotide del primer ha un gruppo ossidrile che si lega con il gruppo fosfato dello zucchero del nucleotide successivo, formando un legame detto fosfodiesterico. Questa reazione si ripete ogni volta che viene aggiunto un nucleotide. Le DNA polimerasi possono aggiungere nucleotidi solo in direzione 5'-3' e non viceversa, per questo le forcelle sono asimmetriche.

Filamento veloce e lento

I due filamenti vengono per questo motivo assemblati in modo diverso. solo il filamento veloce è assemblato in modo continuo, mentre l'altro, detto filamento lento, è replicato in modo discontinuo. Su di esso le RNA primasi sintetizzano ogni volta un nuovo primer e le DNA polimerasi sintetizzano un tratto di DNA in direzione 5'-3'. Questi tratti sono detti frammenti di Okazaki, e sono formati da circa 100-200 nucleotidi. Una volta che vengono assemblati insieme formano il filamento lento.

Ruolo del DNA ligasi

I primer vengono poi sostituiti da tratti di DNA identici, sintetizzati dalle polimerasi. Infine un ultimo enzima, detto DNA ligasi, unisce i filamenti neosintetizzati agli stampi. Siccome ogni molecola di DNA è formata da un filamento fornito dalla cellula madre e da un filamento neosintetizzato, la duplicazione del DNA è detta semiconservativa. Ognuno dei due filamenti di DNA funge da stampo per la realizzazione del complementare durante il processo di autoduplicazione del DNA.