Replicazione, riparazione e ricombinazione del DNA

REPLICAZIONE, RIPARAZIONE E RICOMBINAZIONE DEL DNA

Il processo di copiatura, detto replicazione del DNA, temperature prossime all’ebollizione dell’acqua

deve avvenire perché la cellula si possa dividere per forniscono abbastanza energia per poterli separare.

formare 2 cellule figlie geneticamente uguali a partire Tuttavia i filamenti si devono separare e la doppia elica

da una cellula parenterale. deve aprirsi, esponendo le basi non accoppiate.

A innescare il processo replicativo del DNA sono delle

proteine iniziatrici che si legano a specifiche sequenze

di DNA chiamate origini di replicazione; qui le proteine

REPLICAZIONE DEL DNA iniziatrici si infilano tra le due catene distanziandole e

rompendo i legami a idrogeno tra le basi (i legami

idrogeno presi uno per uno sono deboli e romperli per

un breve tratto alla volta non richiede un gran

L’ACCOPPIAMENTO DELLE BASI CONSENTE LA dispendio di energia, per questo con l’aiuto di proteine

REPLICAZIONE DEL DNA iniziatrici si può aprire la doppia elica a temperature

normali).

Ogni sequenza di DNA contiene una sequenza

nucleotidica esattamente complementare a quella del Una volta legata a una origine di replicazione, la

filamento opposto, per cui ognuno di essi può servire proteina iniziatrice comincia ad aprire la doppia elica

da stampo per la sintesi di un nuovo filamento attirando un altro gruppo di proteine deputate a

complementare. La capacità di ogni filamento di una duplicare il DNA.

molecola di DNA di funzionare da stampo per produrre

un filamento complementare consente nella cellula di

copiare i suoi geni prima di trasmetterli alla

discendenza. IN OGNI ORIGINE DI REPLICAZIONE SI FORMANO

DUE FORCELLE REPLICATIVE

Questo compito viene svolto da un aggregato proteico

che insieme formano il macchinario replicativo. Nelle molecole di DNA durante la replicazione si è

notata la presenza di biforcazioni a Y, dette forcelle

Con la replicazione del DNA si ottengono due doppie replicative. In corrispondenza di ogni origine di

eliche complete dalla molecola originaria, e quella replicazione si formano due forcelle replicative che

nuova ha una sequenza nucleotidica identica (salvo vari procedono in direzione opposta. In questi punti il

errori) alla doppia elica parentale. Dato che ogni macchinario replicativo si muove lungo il DNA aprendo

filamento parentale fa da stampo per uno nuovo, i due filamenti della doppia elica e utilizzando ognuno

ognuna delle eliche figlie finisce per contenere uno dei come stampo per formare un nuovo filamento figlio,

filamenti originari più uno complementare nuovo, ed è aprendo man mano il DNA come una cerniera. Per

per questo che la replicazione del DNA è detta questo motivo la replicazione batterica e quella

semiconservativa. eucariotica si definiscono bidirezionali.

LA SINTESI DEL DNA PARTE DALLE ORIGINI DI

REPLICAZIONE

Una doppia elica di DNA ha di solito una grande

stabilità: tantissimi legami a idrogeno tra le basi

azotate di due filamenti opposti li tengono

strettamente uniti, quindi solamente delle 1

LA DNA POLIMERASI SINTETIZZA DNA USANDO UNA Questi piccoli pezzi sono chiamati frammenti di

CATENA PARENTALE COME STAMPO Okazaki e vengono ricuciti formando un nuovo

filamento continuo. Il filamento sintetizzato in modo

discontinuo viene chiamato filamento lento mentre

Nel cuore del macchinario replicativo c’è un enzima quello che cresce senza interruzione è chiamato

chiamato DNA polimerasi che sintetizza il nuovo filamento guida. Tutte le DNA polimerasi replicano il

filamento di DNA usando come stampo uno dei due →

DNA solo in direzione 5’ 3’

filamenti originari. Questo enzima catalizza l’aggiunta

di nucleotidi all’estremità 3’ di una catena di DNA in

allungamento, utilizzando come stampo una delle LA DNA POLIMERASI SI AUTOCORREGGE

catene parentali di DNA. L’appaiamento tra il nuovo

nucleotide e la catena stampo determina quale dei La DNA polimerasi è talmente accurata che compie

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quattro nucleotidi verrà selezionato. all’incirca 1 errore ogni 10 coppie di nucleotidi che

replica. Questa percentuale di errore è molto più bassa

Il prodotto finale è un nuovo filamento di DNA con di quella attesa in base alla precisione

sequenza nucleotidica complementare a quella nell’appaiamento delle basi: anche se A-T e G-C sono di

stampo. La reazione di polimerizzazione comporta la gran lunga le coppie più stabili, si possono formare

formazione di un legame fosfodiesterico tra l’estremità anche altre coppie un 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 molto

del nucleotide in arrivo che entra nella reazione come più raramente di quelli giusti, ma sarebbero comunque

deossiribonucleoside trifosfato, fornendo l’energia per sufficienti a causare un accumulo di mutazioni letale

la 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 due

nucleoside trifosfato alimenta la reazione che lega il proprietà particolari che rendono molto più precisa la

monomero nucleotidico alla catena in crescita, replicazione del DNA. Innanzitutto l’enzima esercita un

liberando pirofosfato (PP ). il pirofosfato viene poi controllo sulla capacità di appaiamento tra il

i

idrolizzato ulteriormente a fosfato i