Biologia cellulare

Processo di replicazione del DNA

La DNA-polimerasi aggiunge dei nucleotidi in direzione 5 - 3. La primasi attacca il piccolo innesco formato da 10 nucleotidi, la DNA-polimerasi è quindi in grado di aggiungere e copiare il filamento in direzione 5 - 3, ma nell'altro filamento otteniamo piccoli frammenti di Okazaki perché la DNA-polimerasi è in grado di andare soltanto in direzione 5 - 3, perciò questi frammenti sono poi legati tra loro dall'enzima DNA-ligasi. Abbiamo poi una sequenza ori che lega il complesso che avvia la replicazione nei procarioti che avviene solo in un punto, mentre sui cromosomi eucariotici abbiamo più punti di origine di replicazione multiple e le forcelle si muovono in direzioni opposte. La DNA-polimerasi catalizza l'aggiunta di nucleotidi all'estremità 3' di una catena di DNA in allungamento, formando legami fosfodiestere tra l'OHI legato al C3 dell'ultimo nucleotide già unito alla catena in.

allungamentoIe il gruppo fosfato legato al C5 del nucleotide aggiunto.

La replicazione del DNA è semiconservativa, cioè conserva un filamento originale e poi da questo se ne produce un altro.

Abbiamo quindi la produzione di molecole con DNA sia vecchio sia nuovo, quindi le 2 eliche che si genereranno saranno formate da un filamento stampo e un filamento nuovo.

La replicazione conservativa invece manterrà intatta la molecola originaria producendone una interamente nuova.

La replicazione dispersiva produce 2 molecole con DNA vecchio e nuovo inframmezzato lungo ogni filamento.

La replicazione del DNA è semiconservativa perciò i 2 filamenti di DNA parentale si separano e ciascuno serve da stampo per la sintesi di un nuovo filamento complementare la cui sequenza è dettata dalla specificità dell'accoppiamento delle basi.

Il processo si chiama replicazione semiconservativa perché un filamento di DNA parentale viene conservato in ogni molecola figlia di DNA.

Il filamento guida è sintetizzato in maniera continua, partendo dal doppio filamento formato grazie all'azione della DNA-primasi e poi la DNA-polimerasi sintetizza il filamento I Inuovo in direzione 5 - 3. Il filamento guida è sintetizzato di continuo nella direzione della forca di replicazione, mentre il filamento ritardo è sintetizzato con piccoli frammenti di Okazaki, in direzione opposta. La sintesi di ciascun frammento inizia con la sintesi di un primer con lo stesso meccanismo attutato per il filamento guida. Questo è importante perché si formano molti inneschi di RNA. A questo punto, il primo frammento di Okazaki è già stato incorporato nel DNA. Inoltre tali frammenti poi verranno estesi dalla DNA-polimerasi e il primer verrà degradato, poi questi spazi verranno riempiti con nuovo DNA sintetizzato dalla DNA-polimerasi. A questo punto è possibile osservare la deviazione di replicazione della forca di replicazione e i frammenti.

di Okazaki saranno uniti gli uni agli altri tramite la DNA-ligasi che ripara la rottura formando così un filamento continuo. Il filamento di DNA che deve allungarsi all'estremità 5 viene sintetizzata in modo discontinuo, in brevi tronconi successivi dalla DNA-polimerasi che si muove all'indietro rispetto alla forcella, quindi in direzione 5 - 3 per ogni troncone. Questi pezzi detti frammenti di Okazaki, vengono ricuciti in seguito formando un filamento nuovo continuo. Per trasformare in un filamento continuo tutti i frammenti separati costruiti sul filamento lento, intervengono altri 3 enzimi:

1. Nucleasi: degrada gli inneschi a RNA
2. Polimerasi riparativa: sostituisce DNA all'RNA usando come innesco il frammento di Okazaki adiacente
3. DNA-ligasi: unisce il P in 5' di un frammento con l'OH in 3' del seguente richiedendo ATP o NADH

Nella separazione dei filamenti di DNA durante la replicazione sono presenti delle proteine legate ai singoli filamenti per stabilizzarli.

lato lagging, permettendo alla DNA-polimerasi di iniziare la sintesi del filamento complementare in modo discontinuo. Durante la replicazione del DNA, l'enzima DNA ligasi si occupa di unire i frammenti di Okazaki, che sono i segmenti di DNA sintetizzati in modo discontinuo sul lato lagging. Nelle cellule eucariotiche, la replicazione del DNA avviene all'interno del nucleo durante la fase S del ciclo cellulare. Il processo è altamente regolato e coinvolge numerosi fattori proteici che lavorano insieme per garantire una corretta duplicazione del DNA. La replicazione del DNA è un processo fondamentale per la vita delle cellule, in quanto permette la trasmissione delle informazioni genetiche alle cellule figlie durante la divisione cellulare. Senza una corretta replicazione del DNA, potrebbero verificarsi errori nella sequenza nucleotidica, che potrebbero portare a mutazioni genetiche e malattie.filamento ritardo.La rimozione del primer di RNA quindi produrrebbe una molecola di DNA con estremità 5 - 3 più corta rispetto al cromosoma di partenza perché non è possibile innescare la sintesi dell'ultimo segmento a 5', quindi eliminando il primer di RNA avremo l'accorciamento dei cromosomi. Per questo motivo le telomerasi sono importanti perché riescono ad aggiungere delle sequenze di RNA all'estremità. In molte cellule, comprese le cellule staminali, una volta che viene eliminata la porzione di RNA la telomerasi utilizza uno stampo di RNA per estendere il telomero, perciò si sposta verso la nuova estremità, la DNA-polimerasi riempie lo spazio vuoto e questo processo ripetuto più volte allunga il cromosoma. RIPARAZIONE DEL DNA La riparazione del DNA è quel processo che permette di ovviare errori che possono essere creati durante la replicazione del DNA. La DNA-polimerasi III, se durante la replicazioneUn nucleotide non corretto viene aggiunto alla catena increscita, questo enzima permette, grazie alle proteine del complesso di replicazione, di rimuovere il nucleotide scorretto.
A questo punto la DNA-polimerasi si aggiunge al nucleotide corretto e la replicazione procede.
È possibile poi che avvengano degli appaiamenti erroni, ovvero quando durante la replicazione del DNA un nucleotide viene appaiato in maniera errata e non viene eliminato. Esiste un sistema proteico in grado di eliminare questi nucleotidi che sono stati appaiati a basi sbagliate.
Questi errori vengono rimossi e il nucleotide appaiato viene tolto e la DNA-polimerasi I aggiunge il nucleotide corretto. Nell'ultimo passaggio, poi, la DNA-ligasi unisce i filamenti saldando dei punti di rottura e vengono eliminati più frammenti dove vi è il nucleotide sbagliato e poi viene colmato questo gap.
Possiamo poi avere una riparazione per scissione, dove il nucleotide sbagliato è già stato aggiunto al DNA.uncomplesso proteico specializzato in questa funzione permette di tagliare il nucleotide danneggiato e alcuni altri nucleotidi adiacenti, la polimerasi I aggiunge i nucleotidi corretti e la DNA-ligasi unisce filamenti e punti di rottura. La riparazione può avvenire sia durante la sintesi del DNA sia in molecole di DNA già esistenti. Nella riparazione del DNA per scissione è già presente un nucleotide sbagliato e quindi una lesione sul DNA, a questo punto una nucleasi in grado di scindere gli acidi nucleici, taglia la porzione danneggiata eliminandola. Non tutti gli errori del DNA possono produrre proteine alterate o patologie genetiche, ma questi sistemi di riparazione permettono di ovviare lesioni del DNA che possono andare incontro a mutazioni genetiche che supportano patologie genetiche importanti. DNA-polimerasi e DNA-ligasi completano la riparazione in quanto sintetizzano naturalmente la porzione rimossa unendo il DNA appena sintetizzato al DNA originario, quindi le

estremità sia di dx sia di sx sono legate dalla DNA-ligasi, mentre la porzione di DNA neosintetizzato è polimerizzata grazie alla DNA polimerasi.

TRASCRIZIONE E TRADUZIONE

Il DNA contenuto nelle nostre cellule attraverso la duplicazione semiconservativa è in grado di generare dei filamenti identici a quello originale.

Per espressione genica s'intende l'espressione che i nostri geni eseguono attraverso la produzione di proteine, quindi attraverso una successione di aa uno dopo l'altro e questa sintesi proteica è dettata dal nostro DNA.

Il DNA quindi è il materiale genetico in grado di influenzare il fenotipo di ogni organismo. Attraverso i geni contenuti nel DNA che codificano per le proteine causano un susseguirsi di eventi complessi per il trasferimento dell'informazione contenuta dapprima nel DNA e poi decodificata e utilizzata per esprimere la sintesi delle proteine.

La prima tappa dell'espressione genica è la trascrizione

che consiste nel fatto che dal DNA siatrascritto un RNA che poi attraverso la traduzione si trasforma in subunità amminoacidiche. Il dogma centrale della biologia molecolare è il processo concui l'informazione contenuta nel DNA dirige la sintesi delle proteine. Mediante la trascrizione abbiamo un filamento stampo del DNA dal quale si genera l'RNA, un altro polimero formato sempre da nucleotidi con alcune importanti differenze, infattidi solito l'RNA è a singolo filamento. La trascrizione quindi è il passaggio che prevede che l'informazione genetica venga copiata nell'RNA il quale subisce dei processi di maturazione e dal nucleo egli esce attraversando i pori nucleari e a livello del citosol abbiamo la traduzione di un trascritto formato da nucleotidi in un trascritto formato da aa. Questo processo avviene nei ribosomi. La sede della trascrizione è nel nucleo, infatti a livello nucleare assistiamo alla sintesi dell'RNA (copia).

genetica contenuta nel DNA) e dopo la sua maturazione l'RNA passa nel citosol e qui si traduce in proteine. La doppia elica del DNA si srotola e viene copiata in maniera fedele dall'RNA-polimerasi e una semielica viene trascritta nell'RNA che poi viene letto a 3 nucleotidi alla volta e l'mRNA, la copia complementare del filamento di DNA trascritto dà origine, mediante la traduzione