Il complesso processo di duplicazione del DNA e il ruolo dell'RNA

Struttura e funzione del DNA

Il DNA è un filamento a doppia elica costituito da nucleotidi che si trova nel nucleo di ogni cellula. Il DNA contiene le informazioni utili alla formazione di ogni organismo e del suo patrimonio genetico che si duplicano tali e quali in altre cellule figlie. I due filamenti sono costituiti da due estremità chiamate 5’ e 3’ che hanno direzioni opposte, ovvero, un filamento di DNA andrà dall’estremità 5’ a 3’ e l’altro dall’estremità 3’ a 5’. I nucleotidi sono monomeri o subunità composti da una base azotata, da un gruppo fosfato e da uno zucchero a 5 atomi di carbonio. Esistono 4 tipi di basi azotate, ovvero, la guanina (G), la citosina (C), l’adenina (A) e la timina (T). Le basi sono complementari fra loro perché si accoppiano sempre nello stesso modo (C con G e A con T); la loro unione porta alla formazione della catena di nucleotidi che costituisce i filamenti del DNA ed è proprio per questo motivo che il DNA è detto anche acido nucleico.

Ruolo dell'RNA e ciclo cellulare

Un altro importante acido nucleico è l’RNA che, rispetto al DNA, è presente sia nel nucleo della cellula che nel citoplasma. Dal DNA dipende la formazione dell’RNA che trasforma le informazioni genetiche in proteine. Come il DNA, RNA è costituito da catene di ribonucleotidi (simili ai nucleotidi del DNA).

La duplicazione e divisione delle cellule e di conseguenza anche delle informazioni contenute nel DNA, avviene tramite il ciclo cellulare che scandisce le varie fasi della vita di ogni cellula. Il ciclo è costituito da 4 fasi che sono la fase G1, la fase S, la fase G2 e la fase M. Nella fase G1 si svolge la vita della cellula; nella fase S viene duplicato il DNA; nella fase G2 vengono duplicati e sintetizzati gli organelli utili per la fase M (o mitotica) dove avviene la vera e propria divisione cellulare.

Processo di duplicazione del DNA

Quando una cellula vuole riprodursi, attraverso la fase S (la sintesi del DNA), passa la stessa quantità di DNA nelle cellule figlie che nasceranno, appunto, dalla divisione cellulare che avviene solo grazie alla duplicazione del DNA. In primis, i due filamenti di DNA vengono divisi grazie all’enzima elicasi creando la forca di replicazione. Le catene separate costituiranno il nuovo modello per formare e duplicare il DNA. L’enzima primasi, crea un piccolo pezzo di RNA chiamato primer al quale si lega l’enzima DNA polimerasi che formerà il nuovo filamento. La direzione di ogni filamento determina come verrà duplicato il DNA. Il DNA polimerasi aggiunge i nucleotidi solo nella direzione 5’-3’ in modo continuo. Il nuovo filamento si chiamerà leading strand (o filamento leader).

Il secondo filamento, dato che ha direzione opposta rispetto al primo, non può essere creato allo stesso modo. Dopo che la primasi crea il primer, il DNA polimerasi creerà un nuovo pezzo di filamento non continuo nella stessa direzione 5’-3’; di conseguenza si avranno dei frammenti di nucleotidi che partono dal primer chiamati frammenti di Okazaki. Il processo continuerà fino a quando tutto il filamento sarà duplicato. Alla fine, l’enzima esonucleasi rimuove tutti i primer dal filamento e un altro DNA polimerasi aggiungerà nuove basi azotate nelle parti mancanti occupate in precedenza dal primer. Gli enzimi DNA ligasi sigillano i nuovi filamenti duplicati per creare una doppia elica continua. La duplicazione viene detta replicazione semiconservativa perché ogni molecola è costituita da un filamento vecchio e uno nuovo.