Replicazione, riparazione e ricombinazione del DNA

Replicazione, riparazione e ricombinazione del DNA

Il processo di copiatura, detto replicazione del DNA, temperature prossime all’ebollizione dell’acqua deve avvenire perché la cellula si possa dividere per forniscono abbastanza energia per poterli separare. formare 2 cellule figlie geneticamente uguali a partire Tuttavia i filamenti si devono separare e la doppia elica da una cellula parenterale. deve aprirsi, esponendo le basi non accoppiate.

A innescare il processo replicativo del DNA sono delle proteine iniziatrici che si legano a specifiche sequenze di DNA chiamate origini di replicazione; qui le proteine iniziatrici si infilano tra le due catene distanziandole e rompendo i legami a idrogeno tra le basi (i legami idrogeno presi uno per uno sono deboli e romperli per un breve tratto alla volta non richiede un gran dispendio di energia, per questo con l’aiuto di proteine iniziatrici si può aprire la doppia elica a temperature normali).

Replicazione del DNA

L’accoppiamento delle basi consente la replicazione del DNA

Ogni sequenza di DNA contiene una sequenza nucleotidica esattamente complementare a quella del filamento opposto, per cui ognuno di essi può servire da stampo per la sintesi di un nuovo filamento complementare. La capacità di ogni filamento di una molecola di DNA di funzionare da stampo per produrre un filamento complementare consente nella cellula di copiare i suoi geni prima di trasmetterli alla discendenza.

Questo compito viene svolto da un aggregato proteico che insieme formano il macchinario replicativo.

Con la replicazione del DNA si ottengono due doppie eliche complete dalla molecola originaria, e quella nuova ha una sequenza nucleotidica identica (salvo vari errori) alla doppia elica parentale. Dato che ogni filamento parentale fa da stampo per uno nuovo, ognuna delle eliche figlie finisce per contenere uno dei filamenti originari più uno complementare nuovo, ed è per questo che la replicazione del DNA è detta semiconservativa.

La sintesi del DNA parte dalle origini di replicazione

Una doppia elica di DNA ha di solito una grande stabilità: tantissimi legami a idrogeno tra le basi azotate di due filamenti opposti li tengono strettamente uniti, quindi solamente delle 1

Una volta legata a una origine di replicazione, la proteina iniziatrice comincia ad aprire la doppia elica attirando un altro gruppo di proteine deputate a duplicare il DNA.

In ogni origine di replicazione si formano due forcelle replicative

Nelle molecole di DNA durante la replicazione si è notata la presenza di biforcazioni a Y, dette forcelle replicative. In corrispondenza di ogni origine di replicazione si formano due forcelle replicative che procedono in direzione opposta. In questi punti il macchinario replicativo si muove lungo il DNA aprendo i due filamenti della doppia elica e utilizzando ognuno come stampo per formare un nuovo filamento figlio, aprendo man mano il DNA come una cerniera. Per questo motivo la replicazione batterica e quella eucariotica si definiscono bidirezionali.

La DNA polimerasi sintetizza DNA usando una catena parentale come stampo

Nel cuore del macchinario replicativo c’è un enzima chiamato DNA polimerasi che sintetizza il nuovo filamento di DNA usando come stampo uno dei due filamenti originari. Questo enzima catalizza l’aggiunta di nucleotidi all’estremità 3’ di una catena di DNA in allungamento, utilizzando come stampo una delle catene parentali di DNA. L’appaiamento tra il nuovo nucleotide e la catena stampo determina quale dei quattro nucleotidi verrà selezionato.

Il prodotto finale è un nuovo filamento di DNA con sequenza nucleotidica complementare a quella di stampo. La reazione di polimerizzazione comporta la formazione di un legame fosfodiesterico tra l’estremità 3’ della catena di DNA in crescita e il gruppo 5’ – fosfato del nucleotide in arrivo che entra nella reazione come deossiribonucleoside trifosfato, fornendo l’energia per la polimerizzazione.

Infatti, l’idrolisi del legame ad alta energia del nucleoside trifosfato alimenta la reazione che lega il monomero nucleotidico alla catena in crescita, liberando pirofosfato (PP_i). Il pirofosfato viene poi idrolizzato ulteriormente a fosfato inorganico.

Questi piccoli pezzi sono chiamati frammenti di Okazaki e vengono ricuciti formando un nuovo filamento continuo. Il filamento sintetizzato in modo discontinuo viene chiamato filamento lento mentre quello che cresce senza interruzione è chiamato filamento guida. Tutte le DNA polimerasi replicano il DNA solo in direzione 5’ 3’.

La DNA polimerasi si autocorregge

La DNA polimerasi è talmente accurata che compie all’incirca 1 errore ogni 10⁷ coppie di nucleotidi che replica. Questa percentuale di errore è molto più bassa di quella attesa in base alla precisione nell’appaiamento delle basi: anche se A-T e G-C sono di gran lunga le coppie più stabili, si possono formare anche altre coppie un po' meno stabili come G-T e C-A. Appaiamenti scorretti come questo avvengono molto più raramente di quelli giusti, ma sarebbero comunque sufficienti a causare un accumulo di mutazioni letale per la cellula, in mancanza di un sistema per eliminarli.

Questo viene evitato perché la DNA polimerasi ha due proprietà particolari che rendono molto più precisa la replicazione del DNA. Innanzitutto l’enzima esercita un controllo sulla capacità di appaiamento tra il