Replicazione, riparazione e ricombinazione del DNA

Replicazione del DNA

Il DNA si replica solo nella direzione 5' -> 3', utilizzando i filamenti originari. La DNA polimerasi è l'enzima responsabile dell'aggiunta di nucleotidi all'estremità 3' di una catena di DNA in allungamento, utilizzando uno dei filamenti parentali come stampo. L'appaiamento tra il nuovo nucleotide e la catena stampo determina quale dei quattro nucleotidi verrà selezionato.

La DNA polimerasi è talmente accurata che compie circa 1 errore ogni 10 coppie di nucleotidi replicati. Questa percentuale di errore è molto più bassa di quella attesa in base alla precisione dell'appaiamento delle basi: anche se A-T e G-C sono di gran lunga le coppie più stabili, si possono formare anche altre coppie.

Il prodotto finale è un nuovo filamento di DNA con una sequenza nucleotidica complementare a quella dello stampo. La reazione di polimerizzazione comporta la formazione di un legame fosfodiesterico tra l'estremità 3' del nucleotide in aggiunta e il gruppo fosfato del nucleotide precedente nella catena in allungamento.

po' meno stabili come G-T e C-A.3' della catena di DNA in crescita e il gruppo 5' – fosfato Appaiamenti scorretti come questo avvengono moltodel nucleotide in arrivo che entra nella reazione come più raramente di quelli giusti, ma sarebbero comunquedeossiribonucleoside trifosfato, fornendo l'energia per sufficienti a causare un accumulo di mutazioni letalela polimerizzazione. per la cellula, in mancanza di un sistema per eliminarli.Infatti, l'idrolisi del legame ad alta energia del Questo viene evitato perché la DNA polimerasi ha duenucleoside trifosfato alimenta la reazione che lega il proprietà particolari che rendono molto più precisa lamonomero nucleotidico alla catena in crescita, replicazione del DNA. Innanzitutto l'enzima esercita unliberando pirofosfato (PP ). il pirofosfato viene poi controllo sulla capacità di appaiamento tra iliidrolizzato ulteriormente a fosfato inorganico (P ), il che nucleotide

in arrivo e quello posto sul filamento stampo, procedendo alla reazione catalitica di sintesi rende la polimerizzazione del tutto irreversibile. Solo in presenza di una corrispondenza perfetta. La DNA polimerasi non si dissocia dal DNA ogni volta che aggiunge un altro nucleotide alla catena, ma vi resta attaccata e scorre lungo il filamento stampo per errori e inserisce nella catena il nucleotide sbagliato, è molti cicli di polimerizzazione. In grado di correggersi grazie alla sua capacità di autocorrezione (proofreading). L'attività autocorrettiva è contemporanea alla sintesi perché prima di aggiungere il nucleotide successivo alla catena di DNA in crescita, l'enzima controlla se quello precedente si è appaiato correttamente al filamento stampo. In caso positivo si aggiunge il nucleotide seguente. LA FORCELLA REPLICATIVA È ASIMMETRICA In corrispondenza della forcella replicativa un seguente,altrimenti rimuove il nucleotide e ripete<filamento> viene sintetizzato su uno stampo che va in un <operazione> di sintesi. L'<attività> di correzione è dovuta<certo verso>, mentre l'altro viene sintetizzato su uno a una <nucleasi> che degrada l'ossatura zucchero-fosfato.<stampo> che va nel verso opposto. Per questo la <forcella replicativa> è asimmetrica e tutte le DNA polimerasi Il meccanismo di autocorrezione spiega perché la DNA aggiungono nucleotidi a partire dall'estremità 3'. → polimerasi sintetizzi solo in direzione 5' 3'; una → polimerasi ipotetica che sintetizzasse in direzione 3' Ne risulta che una catena di DNA possa essere 5' sarebbe incapace di autocorrezione quindi, → sintetizzata solo in direzione 5' 3'. Il filamento di rimuovendo un nucleotide appaiato scorrettamente, DNA che deve allungarsi all'estremità 5' viene formerebbe una estremità

della catena chimica mentesintetizzato in modo discontinuo in brevi tronconi inerte, cioè non allungabile. Affinchè la polimerasisuccessivi, dalla DNA polimerasi che si muove possa agire da enzima autocorrettivo capace diall’indietro rispetto alla forcella, quindi il direzione 5’ eliminare degli inserimenti errati man mano che→ 3’ per ogni troncone. procede sul DNA, deve operare la sintesi soltanto→dall’estremità 5’ 3’.

2BREVI TRATTI DI RNA FANNO DA INNESCO PER LA proteina che si insinua velocemente lungo il DNA SINTESI DEL DNA staccando le 2 catene dalla doppia elica e procedendo a spese dell’energia ottenuta dall’idrolisi di ATP.

Una polimerasi è incapace di dare inizio a un Per evitare che le basi tornino ad accoppiarsi filamento di DNA totalmente nuovo, quindi ci vuole temporaneamente, la proteina che lega DNA a un altro enzima che sia in grado di dare inizio a una filamento singolo aderisce al

filamento libero di DNA - catena polinucleotidica nuova, unendo esposto dall'elicasi e lo mantiene disteso, perché la semplicemente dei nucleotidi e facendo a meno DNA polimerasi possa utilizzarlo come stampo senza dell'estremità appaiata. Questo enzima però non difficoltà. sintetizza DNA ma tratti brevi di un altro acido nucleico che sarebbe l'acido ribonucleico o RNA, Questo srotolamento localizzato della doppia elica di usandolo come stampo. Questi tratti di RNA fungono DNA presenta però alcuni problemi; quando la DNA da innesco (primer) per la sintesi del DNA perché sono elicasi interagisce tra le due eliche e le svolge nei appaiati allo stampo e rendono l'estremità 3' a doppio pressi della forca replicativa, genera davanti alla forca filamento adatta come punto di partenza per la DNA stessa un eccessivo a rotolamento delle 2 eliche che polimerasi; l'enzima che sintetizza questi inneschi di determina

Le tensioni all'interno del DNA sono rilasciate dalle proteine chiamate DNA topoisomerasi. La primasi è un esempio di RNA polimerasi, un enzima che sintetizza RNA a partire da uno stampo di DNA. Questo rilascia la tensione temporaneamente nello scheletro del DNA. I tagli vengono poi risaldati in modo da impedire che il DNA perda completamente la tensione. Tuttavia, siccome U si appaia con A, l'innesco di RNA viene sintetizzato sul filamento di DNA per avviare la sintesi dei nuovi filamenti di DNA. Al filamento guida l'innesco serve solo per cominciare la sintesi a livello dell'origine di replicazione; quando la forcella replicativa si è formata, la DNA polimerasi si trova sempre di fronte al filamento guida e mantiene la DNA polimerasi ben salda sullo stampo durante la sintesi dei nuovi filamenti di DNA.

La pinza scorrevole forma un anello intorno all'estremità 3' di ogni innesco, dando inizio a una doppia elica e, fissata saldamente alla polimerasi, allunga il nuovo frammento di Okazaki finché lo accompagna lungo il filamento stampo, evitando che si imbatte nell'innesco di RNA successivo. Ogni spostamento durante la sintesi.

Per trasformare in un filamento di DNA continuo tutti i frammenti separati costruiti sul filamento lento, intervengono altri 3 enzimi che agiscono rapidamente, replicando gli inneschi di RNA per sostituirli con DNA e unendo rapidamente i frammenti di DNA.

Il montaggio della pinza circolare intorno al DNA richiede l'attività di un'altra proteina della replicazione, la proteina caricatore della pinza, che idrolizza ATP ogni volta che chiude un anello scorrevole intorno al DNA. Sul filamento guida basta un solo evento di fissaggio per ogni ciclo.

Sono una nucleasi che degrada E e l'RNA, una DNA invece sul filamento lento la pinza scorrevole sipolimerasi detta polimerasi di riparazione, che sgancia dalla DNA polimerasi e si riaggancia a ognisostituisce DNA all'RNA, e la DNA ligasi, un enzima che frammento di Okazaki.unisce l'estremità 5'- P di un frammento conl'ossidrile in 3' del seguente.

LA TELOMERASI REPLICA LE ESTREMITÀ DEIA LIVELLO DELLA FORCELLA REPLICATIVA LE CROMOSOMIPROTEINE COLLABORANO FORMANDO UNAMACCHINA DI REPLICAZIONE

Quando la forcella replicativa sta per arrivare in fondoal cromosoma, il macchinario di replicazione incontraPer far procedere la replicazione bisogna che la serie difficoltà; benché il filamento guida possa esseredoppia elica si svolga e si apra davanti alla forcella di replicato fino all'estremità del cromosoma, ilreplicazione, consentendo ai deossiribonucleosidi filamento lento non può fare lo stesso. Infatti,

quando trifosfato di appaiarsi a ciascun filamento stampo. Due l'ultimo primer sul filamento lento viene rimosso non tipi di proteine della replicazione, le DNA elicasi e le c'è più modo di rimpiazzarlo. Dopo ripetute divisioni proteine che legano DNA a filamento singolo, cellulari quindi il cromosoma verrebbe accorciato cooperano per portare a termine quest'impresa. Al perdendo alla fine informazione genetica. Negli macchinario replicativo fa da apripista l'elicasi, una 3 eucarioti invece questo si risolve grazie a speciali correggere l'errore con l'attività di correzione di sequenze nucleotidiche, incorporate nei telomeri bozze cromosomici. Queste sequenze telomeriche ripetute richiamano al cromosoma un enzima chiamato telomerasi che completa il cromosoma duplicato LE CELLULE POSSEGGONO VARI MECCANISMI PER riparare il DNA aggiungendovi dei nucleotidi sotto forma di sequenza ripetuta terminale. Questo tratto supplementare di DNA ripetitivo.

facendo da stampo, permette di Le migliaia di modificazioni chimiche casuali checoncludere regolarmente la replicazione del filamento avvengono ogni giorno nel DNA di una cellula umanalento. vengono riparate da una serie di processi riparativi,ciascuno catalizzato da un gruppo diverso di enzimi. SiI telomeri svolgono anche altre funzioni: per esempio tratta quasi sempre di sistemi di riparazione che sile sequenze telomeriche ripetute formano strutture basano sull’esistenza di due copie dell’informazioneche la cellula riconosce come vere estremità del genetica, una per ogni filamento della doppia elica: secromosoma. la sequenza di una catena si danneggia per causeaccidentali, l’informazione è irrecuperabile, perchérimane sempre una copia di riserva nella sequenzanucleotidica complementare dell’altra catena.RIPARAZIONE DEL DNA Il DNA deteriorato presenta di solito strutture che nonLe variazioni genetiche (chiamate mutazioni) sono si

incontrano mai nella molecola intatta, per cui il spesso deleterie, specie nel caso degli organismi filamento buono si distingue facilmente da quello