DNA, Biologia cellulare ed elementi di genetica

Struttura e replicazione del DNA

Il DNA ha una struttura elicoidale (scoperta da Watson e Crick) antiparallela, che si ripete ed è formata dall'appaiamento delle basi dei nucleotidi (legate con legami a idrogeno). Ricordiamo che Chargaff afferma che nel DNA sono presenti quantità uguali di A e T e quantità uguali di G e C. Possiamo concludere che le basi sono complementari tra loro. Secondo Watson e Crick i filamenti di DNA vengono utilizzati come stampo nella replicazione (o duplicazione).

Modelli di replicazione del DNA

Alla fine degli anni '50 i ricercatori posero tre modelli per la replicazione del DNA:

• Meccanismo semiconservativo: il DNA a doppio filamento è conservato per metà dopo il processo di replicazione, per cui il nuovo DNA ha un filamento parentale e uno figlio.
• Meccanismo conservativo: entrambi i filamenti di DNA rimangono uniti dopo la replicazione. In altre parole, come i filamenti parentali restano uniti, lo stesso accade dopo la replicazione con i filamenti figli.
• Meccanismo dispersivo: suggerisce che segmenti di DNA parentale e figlio si disperdono nei filamenti dopo la replicazione.

Meselson e Stahl confutarono il meccanismo conservativo e dispersivo. Studiarono la replicazione del DNA del batterio E. coli. Coltivarono per molti anni questi batteri in un terreno che conteneva un isotopo dell'azoto che era il ¹⁵N (una forma pesante dell'azoto). Successivamente cambiarono il terreno inserendo l'isotopo dell'azoto ¹⁴N (forma leggera) e furono fatti duplicare. Tutti i filamenti di DNA figlio erano marcati con l'azoto leggero mentre quelli parentali restavano con la forma pesante.

Meselson e Stahl eseguirono una centrifugazione su gradiente di cesio per separare le molecole di DNA in base alla loro densità. Da qui si poteva notare che i frammenti pesanti finivano in basso al gradiente e viceversa i leggeri in alto al gradiente. Successivamente, dopo una replicazione del DNA, notarono che nel gradiente di cesio c'erano solo molecole per metà pesanti e per metà leggere. Così esclusero il modello conservativo secondo cui dovevano esserci due tipi differenti di DNA (padre e figlio). Dopo una seconda replicazione del DNA, era presente un DNA leggero e un DNA pesante. Questo risultato era giusto per il modello semiconservativo ma non per quello dispersivo secondo cui doveva esserci 1/4 di DNA pesante. Quindi fu scartato anche questo modello.

Proprietà della duplicazione del DNA

La duplicazione del DNA ha tre proprietà: è semiconservativa, semidiscontinua e bidirezionale. L'elicasi sfrutta ATP come energia e rompe il legame tra i filamenti. C'è un'altra proteina più avanti della elicasi (verso destra).