Concetti Chiave
- La replicazione del DNA inizia in regioni ricche di adenina e timina, dove la doppia elica è più debole e si forma una bolla di apertura.
- Il processo coinvolge diversi enzimi: l'elicasi separa la doppia elica, mentre le DNA polimerasi sintetizzano i nuovi filamenti, affrontando sfide come la direzione di sintesi opposta.
- La DNA polimerasi alfa primasi è necessaria per creare un primer iniziale, consentendo alle altre polimerasi di partire dalla sintesi del DNA.
- La sintesi del filamento lagging è frammentata e comporta la formazione di pezzi chiamati frammenti di Okazaki, che vengono uniti dall'enzima ligasi.
- La complessità della replicazione è accentuata dalla cooperazione tra le DNA polimerasi e un sistema di CLAP, che consente il movimento nella stessa direzione nonostante le limitazioni strutturali dei filamenti.
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. In questi punti si aggancia il complesso proteico di riconoscimento di inizio per separare il doppio filamento e creare una bolla di apertura.
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]
Domande da interrogazione
- Qual è il punto di inizio della replicazione del DNA e perché è significativo?
- Qual è il ruolo dell'enzima elicasi nella replicazione del DNA?
- Come affronta la DNA polimerasi il problema di non poter partire da zero?
- Cosa sono i frammenti di Okazaki e come vengono uniti?
- Qual è la funzione delle topoisomerasi durante la replicazione del DNA?
La replicazione inizia in zone del DNA ricche di adenina e timina, poiché presentano solo 2 legami a idrogeno, rendendo la doppia elica più debole e facilitando l'apertura (testo).
L'enzima elicasi separa la doppia elica a partire dal punto di origine, allargando la bolla di apertura necessaria per la replicazione (testo).
La DNA polimerasi alfa primasi crea un primer di RNA che consente alla DNA polimerasi di iniziare la sintesi del nuovo filamento, risolvendo il problema di partenza (testo).
I frammenti di Okazaki sono porzioni del filamento lagging che vengono sintetizzati in modo frammentato e uniti dall'enzima ligasi (testo).
Le topoisomerasi rimuovono i superavvolgimenti che si formano quando la doppia elica viene aperta, facilitando così il processo di replicazione (testo).
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