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Il DNA si duplica - Coggle Diagram
Il DNA si duplica
La duplicazione del DNA è semiconservativa
Il
modello semiconservativo
I due filamenti di DNA originario si separano
Ognuno di essi diventa uno stampo per l’assemblaggio di un filamento complementare a partire da una riserva di nucleotidi liberi disponibili
I nucleotidi si allineano, uno alla volta, lungo il
filamento stampo
, seguendo la regola dell’appaiamento delle basi
Appositi enzimi uniscono i nucleotidi formando il nuovo filamento di DNA
Per ogni molecola di DNA originaria si ottengono due “molecole figlie” identiche, ognuna formata da un nuovo filamento e un filamento della molecola originaria
Per spiegare la duplicazione del DNA furono proposti anche altri due modelli:
Modello conservativo
Modello dispersivo
Nel 1958 Meselson e Stahl confermarono con un esperimento la validità del modello semiconservativo
Nel processo di duplicazione intervengono molti enzimi e proteine
La duplicazione del DNA inizia in particolari
punti di origine della duplicazione
I filamenti di DNA si separano dando origine a
bolle di duplicazione
La duplicazione procede quindi in entrambe le direzioni allargando le bolle di duplicazione
All’estremità di ogni bolla si trova una
forcella di duplicazione
, ossia un primo tratto di DNA, a forma di Y, con i due filamenti originari separati
Nel cromosoma di una
cellula eucariote
:
Ci possono essere centinaia o perfino alcune migliaia di punti di origine, dai quali la duplicazione può partire simultaneamente
Si formano così altrettante bolle che si fondono l’una con l’altra, accelerando in questo modo la copia delle lunghe molecole di DNA
In una
cellula batterica
di E. Coli il cromosoma, come molti altri cromosomi batterici, è circolare
La duplicazione ha origine in un solo punto: si forma quindi un’unica bolla di duplicazione
Il processo avanza in entrambe le direzioni fino a quando l’intera molecola non viene duplicata
Il
complesso di duplicazione
: complesso di enzimi e proteine che partecipano alla duplicazione del DNA
Elicasi
: una proteina in grado svolgere e di aprirela doppia elica in corrispondenza della forcella di duplicazione
Proteine destabilizzatrici dell’elica
che mantengono distaccati i due filamenti una volta separati
Topoisomerasi
: tagliano i filamenti originari di DNA oltre la forcella di duplicazione per rimuovere la tensione causata dallo svolgimento dell’elica; in seguito i filamenti sono ricuciti da altri enzimi
Primasi
: sintetizza il cosiddetto innesco (o
primer
), un piccolo frammento di RNA costruito aggiungendo una alla volta 5-10 ribonucleotidi al filamento stampo di DNA
I primer vengono eliminati e sostituiti da DNA al termine della duplicazione
Dna polimerasi
: sintetizzano il DNA aggiungendo i nuovi nucleotidi solo all’estremità 3' del filamento nascente e mai all’estremità 5‘
Un filamento di DNA di nuova sintesi può crescere esclusivamente nella direzione 5’ --> 3’
La duplicazione del DNA procede in modo diverso sui due filamenti
Dato che la DNA polimerasi può allungare il filamento in una sola direzione la sintesi procede in modo diverso sui due filamenti
Per ogni forcella di duplicazione
La duplicazione del filamento che ha l’estremità 3’ libera rivolta alla forcella di duplicazione (il
filamento veloce
) procede senza interruzioni partendo da un solo primer di RNA
La duplicazione del filamento antiparallelo (il
filamento lento)
procede a ritroso e in modo discontinuo, per piccoli frammenti isolati (
frammenti di Okazaki
), ciascuno dei quali necessita di un primer
Successivamente i frammenti di Okazaki vengono saldati tra loro dall’enzima DNA ligasi
In generale durante la duplicazione del DNA in una bolla di duplicazione accade:
La primasi sintetizza un primer di RNA per ogni frammento di Okazaki
La sintesi procede fino al primer del filamento precedente, dove la DNA polimerasi si stacca e ricomincia dal primer successivo
Un’altra polimerasi rimuove i primer sostituendoli con nuovo DNA e lasciando un’interruzione tra due frammenti di Okazaki adiacenti
La ligasi in seguito lega a due a due le estremità adiacenti e termina così la sintesi del filamento lento
Una volta rimosso il primer all’estremità 5’ di un filamento la DNA polimerasi non è in grado di sostituirlo con DNA
Per questo i filamenti si accorciano a ogni ciclo di duplicazione
Alle estremità di ogni cromosoma si trovano sequenze non codificanti ripetute chiamate
telomeri
Per impedire che i telomeri si accorcino troppo passando da una generazione all’altra, nelle cellule della linea germinale è presente l’enzima
telomerasi
, che ripristina la lunghezza dei telomeri fino al valore massimo
Gli errori di duplicazione vengono corretti da vari meccanismi
Raramente accade che venga inserito un nucleotide errato durante la duplicazione
Nella maggior parte dei casi la stessa DNA polimerasi sostituisce il nucleotide con quello giusto:
correzione di bozze
Quando ciò non accade intervengono altri enzimi e correggono l’errore
Una piccola percentuale di casi sfugge a entrambi i controlli