Citologia - Duplicazione DNA

Duplicazione del DNA

1953 modello di Crick e Watson: replicazione semiconservativa del DNA

Il DNA presenta una replicazione semiconservativa in quanto le due nuove catene, originate dalla catena di DNA parentale, presenteranno un filamento figlio (nuovo) e uno parentale (vecchio).

La replicazione del DNA avviene durante la divisione cellulare (mitosi per cellule somatiche, meiosi per cellule germinali), fase in cui esso si trova in forma compattata (sotto forma di cromosoma) e non sciolta.

Composizione del DNA nel nucleo cellulare

All’interno del nucleo della cellula, però, troviamo il DNA in due composizioni ben distinte, sotto forma di:

• Eterocromatina: Regione di DNA scura che si presenta altamente compattata, impedendo quindi la replicazione dei suoi geni. Risulta una regione povera di geni o con geni poco trascritti.
• Eucromatina: Regione di DNA che si presenta sciolta durante l’interfase e che si compatta solo durante la metafase. Risulta una regione ricca di geni, che vengono poi copiati e trascritti.

Processo di duplicazione del DNA

Fase di inizio

La rottura dei legami a idrogeno delle basi con conseguente despiralizzazione/separazione dei filamenti inizia la fase di duplicazione. I due filamenti di DNA vengono separati a partire dal punto di origine della duplicazione, costituito da una proteina iniziatrice che funge da segnale di attacco.

1. Il DNA elicasi (enzima) si lega alla proteina iniziatrice e forza l’apertura della doppia elica grazie all’energia fornita dall’ATP, rompendo i legami a idrogeno tra le basi azotate.
2. Le proteine SSB stabilizzano i due filamenti impedendo che si riuniscano.
3. L’enzima topoisomerasi (DNA girasi nei procarioti) impedisce il superavvolgimento del DNA.
4. Si formano così delle bolle di replicazione formate da forcelle di replicazione a forma di Y.

Fase di allungamento

Aggiunta progressiva di nucleotidi trifosfato (basi azotate + gruppo fosfato) complementari a quelli presenti nel filamento di DNA precedentemente diviso. L’appaiamento corretto avviene grazie a una categoria di enzimi chiamati DNA polimerasi, che presentano le seguenti caratteristiche:

• Sono in grado di aggiungere nucleotidi solo ad altri nucleotidi già correttamente appaiati.
• Interviene quindi l’enzima RNA primasi, che crea una corta catena di circa 10 nucleotidi di RNA funzionante da innesco o primer, per permettere alla DNA polimerasi di iniziare l’aggiunta di nucleotidi.
• La formazione del nuovo filamento può avvenire solo in direzione 5’ → 3’.

I due filamenti di DNA sono però antiparalleli: uno, detto filamento guida o veloce (lea...