La DNA POLIMERASI
Nelle cellule eucariote sono coinvolte DNA polimerasi diverse nel processo di duplicazione, in esse abbiamo infatti le DNA polimerasi α, δ, ed ε. La DNA polimerasi α si trova associata in un complesso assieme alla primasi, esse agiscono insieme con lo scopo di sintetizzare i brevi frammenti di RNA che fungono da primer di innesco durante la sintesi del filamento lento e all'origine della replicazione. Le altre due polimerasi agiscono invece come polimerasi replicative maggiori, nello specifico la DNA polimerasi δ lavora al processo di sintesi del filamento lento mentre la DNA polimerasi ε in quello veloce. Oltre a queste tre fondamentali polimerasi abbiamo anche la DNA polimerasi β, essa si trova in forma sempre attiva, sia nelle cellule quiescenti che in quelle in divisione, e assume un ruolo di fondamentale importanza nella riparazione di eventuali danni al DNA. Infine sempre nelle cellule eucariote possiamo trovare una
quinta polimerasi, la DNA polimerasi γ. Essa risiede nei mitocondri e ha il compito di andare a duplicare i frammenti di DNA mitocondriale. Tutte le DNA polimerasi degli eucarioti hanno la caratteristica di essere associate a delle proteine accessorie dette sliding clamp o morsetti scorrevoli, esse hanno appunto il compito di formare una sorta di pinza scorrevole a forma di anello che mantiene l'associazione della DNA polimerasi con il filamento sul quale essa sta lavorando. L'assemblaggio della pinza scorrevole richiede l'idrolisi di ATP da parte del caricatore della pinza. Per quanto riguarda i procarioti invece abbiamo un'organizzazione leggermente più semplice che prevede la presenza di DNA polimerasi di tipo l, II e III. Tutte le DNA polimerasi implicate nella sintesi attiva del nuovo materiale genetico oltre a svolgere il loro normale compito svolgono anche una funzione di proof-reading. Esse infatti durante il loro lavoro possono commettere degli
errori involontari dovuti a fenomeni di destabilizzazione legati a possibili mutazioni. Il proof-reading è quindi il meccanismo che consente alle DNA polimerasi di individuare questi errori e tornare indietro a correggerli, svolgendo un'azione esonucleasica. La presenza di errori durante la duplicazione è inevitabile ed è stimato che le polimerasi compiono un errore ogni milione di basi, percentuale non bassa considerando la lunghezza totale del genoma. È quindi indispensabile per le cellule l'attività di proof-reading, così da poter rimuovere le basi errate e sostituirle con quelle corrette. In caso di impossibilità di correggere questi errori o in presenza di un loro numero troppo elevato esistono particolari sistemi in grado di mandare in apoptosi queste particolari cellule. Quest'azione viene svolta negli eucarioti dalla DNA polimerasi α e ε, mentre dalla DNA polimerasi III nei procarioti. I TELOMERI Per quantoRiguarda la replicazione del DNA delle cellule eucariote è bene ricordare che in condizioni normali esso si trova avvolto sugli istoni a formare i cosiddetti nucleosomi. Una fase precedente alla replicazione del DNA sarà quindi il disassemblaggio dei nucleosomi e una fase successiva al processo di duplicazione sarà il nuovo assemblaggio della struttura a collana di perla. Gli istoni della cromatina parentale verranno quindi divisi tra i due filamenti figli e in seguito verranno creati dei nuovi istoni con lo scopo di andare a riformare i nucleosomi. Risulta inoltre interessante dire che nel filamento ritardato, quando la duplicazione arriva alla fine, si va incontro ad un irrisolvibile problema. L'ultimo pezzo del filamento lento non può infatti essere replicato in quanto non vi è più spazio disponibile per attaccare il primer e far saltare in avanti la DNA polimerasi δ. Questo problema ovviamente è presente solo.
neglieucarioti
In quanto i procarioti hanno un DNA ciclico, e viene risolto non replicato l'ultima frazione del materiale genetico. Questa particolare condizione comporta però che ad ogni duplicazione si vada a perdere un certo numero, seppur limitato, di informazioni. Per ovviare a questo problema le cellule hanno sviluppato un DNA che nelle sue regioni terminali presenta delle sequenze ripetute GGGTTA(G)/GGGATT e non codificanti che prendono il nome di sequenze telomeriche o più comunemente telomeri. Il numero di queste sequenze viene mantenuto costante grazie all'azione dell'enzima telomerasi che è in grado di catalizzare la sintesi dei telomeri anche in assenza di un DNA stampo. Questo enzima agisce infatti come una transcrittasi inversa, ovvero sintetizza DNA partendo da un frammento di RNA contenuto al suo interno. La telomerasi è espressa in grandi quantità nelle cellule staminali ma nella maggior parte delle cellule somatiche non.
è presente in livelli sufficienti a mantenere inalterata la lunghezza dei telomeri. In queste cellule, che sono la stragrande maggioranza, i telomeri diminuiranno progressivamente fino a scomparire. La loro scomparsa farà sì che ad ogni successiva duplicazione del DNA si perda del materiale genetico codificante, questo fenomeno può portare all’invecchiamento e alla successiva morte cellulare. È infatti vero che dopo un certo numero di duplicazioni, diverso per tutti i tipi di cellule, insorgerà in modo spontaneo la morte cellulare. In assenza dei telomeri le cellule decidono di optare per la morte cellulare anche per evitare l’insorgenza di eccessive mutazioni a catena dalle conseguenze disastrose. I fibroblasti replicano per circa 60 volte prima di diventare senescenti.
LE MUTAZIONI DEL DNA E I MECCANISMI DI CORREZIONE
Il DNA è una molecola molto stabile, ma è anche una molecola organica suscettibile a cambiamenti spontanei.
che porterebbero a mutazioni se non venissero riparati. Circa 5000 basi puriniche (A e G) vengono perse ogni giorno dal DNA di ciascuna cellula umana perché si idrolizzano i legami N-glicosilici aldesossiribosio, causando una depurinazione. In modo spontaneo, una deaminazione della citosina ad uracile avviene al ritmo di 100 basi per cellula/giorno. Radiazioni UV promuovono la formazione di legami covalenti tra due basi pirimidiniche adiacenti (dimeri di timina). La fotoliasi riconosce il danno e si lega ai dimeri di timina. L'enzima assorbe la luce solare per scindere i dimeri attuando una fotoriparazione. Le mutazioni sono delle variazioni nella sequenza del DNA. Possono verificarsi con un disappaiamento delle basi a formare dei tautomeri, con uno slittamento durante la replicazione o con danni alle singole basi. I tautomeri sono delle strutture alternative di risonanza delle basi. Una base può appaiarsi in modo non standard dando uno spostamento tautomerico. Il nuovofilamento ha quindi una base errata. Ci possono essere delle ripetizioni di trinucleotidi che causano uno slittamento del filamento in quanto la polimerasi duplica una regione già duplicata. Ci possono essere depurinazioni e deaminazioni che sono causate dall'interazione con le molecole di acqua circostanti. Nella depurinazione si ha la perdita di una base purinica. La polimerasi aggiunge adenina quando incontra un sito apurinico. La deaminazione rimuove un gruppo aminico e riguarda particolarmente la citosina che viene mutata a uracile. Le riparazioni possono avvenire per escissione di basi o di nucleotidi. La prima corregge i danni a singole basi che vengono identificate da specifiche DNA glicosidasi che le rimuovono tagliando il legame con lo zucchero. L'endonucleasi AP riconosce lo zucchero apurinico e rompe il legame fosfodiesterico per rimuovere lo zucchero-fosfato. La polimerasi utilizza il filamento intatto per sintetizzare la base mancante e la ligasi chiude il buco.
La riparazione per escissione di nucleotidi o NER utilizza proteine che riconoscono le distorsioni del DNA e reclutano endonucleasi NER che tagliano in 2 punti il DNA. Un'elicasi si lega al trattotagliato di 29 nucleotidi nell'uomo e lo stacca dal resto del DNA. Una polimerasi sostituisce i nucleotidi rimossi e una ligasi ripristina il filamento.
LA TRASCRIZIONE
La trascrizione permette il passaggio da DNA a RNA. Ogni gene può essere trascritto (e tradotto) con un'efficienza diversa. L'RNA è un polimero lineare composto da 4 tipi di nucleotidi uniti da un legame fosfodiestere. I nucleotidi sono ribonucleotidi contenenti ribosio. Le basi azotate sono A-G-C-U. L'RNA è una catena a singolo filamento che è capace di diversi ripiegamenti strutturali. La sequenza di DNA funge da stampo per l'RNA. Il filamento di RNA non rimane legato al DNA ma si stacca e si riforma l'elica di DNA. Le molecole di RNA sono rilasciate come singoli filamenti.
Sono filamenti corti perché non viene trascritto tutto il DNA. L'enzima coinvolto nella trascrizione è l'RNA polimerasi che catalizza la formazione di legami fosfodiestere tra i ribonucleotidi. Si muove lungo il DNA svolgendo l'elica e polimerizzando il filamento in direzione 5'-3'. I substrati sono i ribonucleotidi trifosfato ATP-CTP-GTP-UTP. L'idrolisi dei nucleotidi fornisce energia per la polimerizzazione. Il filamento di RNA viene rilasciato immediatamente e più copie di uno stesso gene possono essere prodotte in breve tempo. La RNA polimerasi è in grado di sintetizzare un filamento senza un primer. La trascrizione non ha bisogno di un'elevata accuratezza come la replicazione. L'RNA non conserva in modo permanente le informazioni nella cellula. L'RNA polimerasi compie un errore ogni 10 nucleotidi mentre la DNA polimerasi ogni 10 nucleotidi. L'RNA polimerasi possiede un meccanismo di correzione. Sevi è un'inserzione errata: la RNA polimerasi torna indietro e provoca un'escissione che rilascia il nucleoside monofosfato. Esistono molti tipi di RNA. Sono ad esempio mRNA → RNA messaggero, tRNA → RNA transfer, rRNA → RNA ribosomiale, SnRNA → small nuclear RNA, miRNA → micro RNA, siRNA → small interfering RNA e altri RNA non codificanti. L'RNA polimerasi è in grado di generare tre diverse forme di RNA: un mRNA o RNA messaggero che contiene l'informazione genetica per la sintesi amminoacidica, un tRNA o RNA di trasporto che è in grado di legarsi agli amminoacidi e di trasportarli nelle posizioni corrette durante la sintesi amminoacidica e un rRNA o RNA ribosomiale che rappresenta la componente strutturale dei ribosomi, i quali servono come sede per il processo di sintesi proteica e traduzione dell'RNA. LA TRASCRIZIONE NEI PROCARIOTI La regolazione del processo di trascrizione è un passaggio importante in cui laa. La cellula decide quali e quante proteine debbano essere prodotte. La RNA polimerasi batterica è un complesso multisubunità. Possiede β, β', due subunità uguali α, due subunità diverse e che legano il DNA.Scarica il documento per vederlo tutto.
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