Struttura del DNA, trasporto e replicazione

Le basi di un filamento sono legate a quelle dell’altro filamento con legami ad idrogeno

secondo la legge della COMPLEMENTARIETA’: A=T e C=G. Sono sempre legate tra di loro una

purina e una pirimidina.

A e T = doppio legame a idrogeno

C e G = triplo legame a idrogeno

Le distanze nel DNA sono piccolissime infatti:

- distanza lungo l’asse dell’elice necessaria per compiere un giro completo (360°) = 3,4 nm (o

34 A)

- distanza lungo l’asse tra 2 coppie adiacenti = 0,34 nm (3,4 A)

- larghezza complessiva della doppia elica. = 2 nm (20 A)

(1° =10^-8 cm/ 1 nm = 10 A)

Due filamenti di DNA antiparalleli (Filamenti orientati in direzioni opposte: se estremità 5’ =

testa e 3’= coda, antiparallelo significa che la testa di un filamento si trova in corrispondenza

della coda dell’altro) (5’-3’; 3’-5’) si avvolgono ad alfa elica leggermente destrorsa (scala a

chiocciola)

Lo scheletro è costituito dal 2-desossiribosio e dagli H3PO4.

Le basi giacciono all’interno. (scalini della scala a chiocciola)

L’alfa elica ha un diametro di 20 A° (1A°=10 –8 cm/ 1 nm=10 A°). Lungo l’elica ci sono 10 paia

di basi ogni 34 A°; tra due paia di basi (2 scalini) ci sono 3,4 A°. Le basi non sono

perfettamente perpendicolari all’asse dell’alfa elica, l’elica è quindi destrorsa. L’alfa elica

all’esterno presenta un alternarsi di un solco maggiore (punto di accessibilità per le proteine

verso le basi) ed un solco minore.

Nel nucleo il DNA si avvolgono in cromosomi, avvolgendosi intorno a delle proteine

chiamate istoni

 duplicazione del DNA

Per trasmettere alle cellule figlie il patrimonio genetico il DNA deve essere duplicato. Ogni

cellula madre che si divide deve dare l’intero patrimonio genetico alle due cellule figlie.

Prima della divisione, il DNA si duplica in maniera SEMICONSERVATIVA, in modo che ogni

cellula figlia riceva:

- un filamento preesistente (della cellula madre)

- un filamento di una nuova sintesi

i nuovi filamenti di DNA vengono sintetizzati copiando i filamenti preesistenti (filamento di

stampo) secondo la legge della complementarità:

3’ATCCCGGAA5’ (stampo)

5’TAGGGCCTT3’ (filamento neosintetizzato)

L’allungamento avviene sempre in direzione 5’ – 3’

L’enzima DNA-POLIMERASI lega all’-OH del C3 dello zucchero dell’ultimo nucleotide l’acido

fosforico legato al C5 del successivo nucleotide

(legame fosfodiesterico)

La DNA-polimerasi utilizza nucleotidi trifosfati per ricavare l’energia necessaria a formare il

legame fosfodiesterico:

(ATP, CTP, GTP, TTP)

ATP + ENZIMA → AMP + P +P + ENERGIA

(A-R-P∼P∼P) (A-R-P) (∼ ∼)

I principali enzimi essenziali per la replicazione del DNA sono:

- elicasi

- SSB (single-strand biding) proteins

- DNA Topoisomerasi

- Primasi

- DNA polimerasi

- DNA ligasi

La DNA-polimerasi non è in grado di iniziare la sintesi ex-novo, ma può solo aggiungere

nucleotidi ad innesco già preparato.

L’innesco (PRIMER) è costituito da un corto frammento di RNA prodotto da una RNA-

polimerasi detta PRIMASI

Il complesso di inizio è un sistema enzimatico che comprende, oltre alla primasi:

- ELICASI: si incunea fra i due filamenti stampo e apre la forcella di replicazione

- Proteine SSB: capaci di legare i singoli filamenti di stampo e tenerli distesi

- TOPOISOMERASI: capaci di svolgere i superavvolgimenti che si formano a valle della

forcella di replicazione

La sintesi richiede l’apertura di una forcella di replicazione, ma poiché i due filamenti sono

antiparalleli, la direzione di allungamento:

- Sul filamento GUIDA continua e procederà nella direzione di apertura della forcella di

replicazione

- Sul filamento LENTO avverrà a tratti discontinui (FRAMMENTI DI OKAZAKI) procederà in

direzione opposta all’apertura della forcella di replicazione

Una volta che il DNA è stato duplicato i primer (RNA!!) vengono rimossi dalle attività di taglio

di un’altra DNA-polimerasi capace anche di riempire i tratti rimasti vuoti con DNA

I frammenti discontinui vengono saldati dall’enzima LIGASI

come procede il meccanismo della replicazione lungo una doppia catena?

La forca replicativa è la regione di DNA compresa tra il duplex parentale srotolato e i duplex

figli neoreplicati

Le unità di replicazione (repliconi) possono essere uni o bi-direzionali a seconda che

all’origine si siano formate 1 o 2 forche replicative

Nel mondo procariotiche l’origine del DNA avviene da 1 origine, si dice che è bidirezionale e

che è sincrona.

Nel mondo degli eucarioti la replicazione avviene a partire da molti punti lungo il cromosoma

/ ASINCRONA

Repliconi: ciascuno ha la propria origine da cui le forcelle si muovono in direzione opposta

Differenze nella replicazione tra procarioti ed eucarioti

Procarioti:

- Non hanno il nucleo

- Il DNA è circolare

Eucarioti:

- Hanno il nucleo

- Il DNA è lineare

Enzima principale della replicazione:

DNA-polimerasi III:

- Una sola bolla di replicazione

- Una forcella di replicazione (bidirezionale)

DNA-polimerasi alfa e delta:

- Molte bolle di replicazione

- Due forcelle di replicazione

Telomerasi

Durante la replicazione si può riscontrare un problema, ovvero che la replicazione terminale

del filamento guida, rischia di avere una catena più corta, o che scompaia. L’enzima