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LA REPLICAZIONE DEL DNA - Coggle Diagram
LA REPLICAZIONE DEL DNA
La molecola di DNA è in grado di replicare se stessa
La struttura a doppia elica permette alle basi azotate di appaiarsi in modo complementare (A con T e C con G). Questo rende possibile che ciascun filamento agisca come stampo per la sintesi di un nuovo filamento.
Durante la replicazione, i nucleotidi presenti nella cellula — sotto forma di dNTP, ricchi di energia — si appaiano alle basi del filamento stampo, permettendo la formazione di un nuovo filamento complementare.
Tale processo avviene nella fase S del ciclo cellulare, poco prima della divisione, così che ogni cellula figlia riceva una copia completa del DNA.
Primo esperimento di Arthur Kornberg (1956)
• Kornberg dimostrò per la prima volta che la replicazione del DNA poteva avvenire in vitro, cioè al di fuori della cellula, ricreando artificialmente le condizioni necessarie.
• Per farlo utilizzò tre componenti fondamentali:
– una molecola di DNA stampo, che serviva da modello;
– i quattro nucleotidi (dATP, dTTP, dCTP, dGTP), che rappresentavano i mattoni della nuova catena;
– l’enzima DNA polimerasi I, incaricato di unire i nucleotidi formando un nuovo filamento.
• L’esperimento ebbe successo: la DNA polimerasi sintetizzò un nuovo filamento complementare, provando che la replicazione poteva essere catalizzata da un enzima specifico.
La replicazione del DNA è semiconservativa
Quando il DNA si duplica, ogni nuova doppia elica contiene un filamento originario e uno costruito ex novo.
Questa modalità, detta semiconservativa, garantisce grande precisione nella trasmissione del patrimonio genetico.
Il modello fu confermato dall’esperimento di Meselson e Stahl (1958), che utilizzò isotopi dell’azoto per seguire il destino dei filamenti durante le divisioni cellulari.
Le due fasi della replicazione del DNA
Inizio (iniziazione)
• La replicazione ha inizio in punti specifici del DNA, chiamati origini di replicazione.
• L’elicasi separa i due filamenti della doppia elica, creando la “bolla di replicazione”, mentre le proteine SSB stabilizzano i filamenti aperti.
• La primasi sintetizza brevi primer di RNA, indispensabili perché la DNA polimerasi possa iniziare ad aggiungere nucleotidi.
Allungamento
• La DNA polimerasi procede lungo i filamenti, sintetizzando DNA in direzione 5' → 3'.
• Su un filamento (leading strand) la sintesi è continua, mentre sull’altro (lagging strand) avviene in modo discontinuo, formando i frammenti di Okazaki.
• La DNA ligasi completa il processo unendo insieme questi frammenti.
Terminazione
• La replicazione termina quando le forcelle di replicazione si incontrano.
• I primer vengono rimossi, sostituiti con DNA e infine si eseguono correzioni per eliminare eventuali errori.
Il complesso di replicazione
Tutti gli enzimi coinvolti lavorano insieme formando il replisoma, una struttura altamente coordinata.
Al suo interno operano:
• l’elicasi, che apre la doppia elica;
• le proteine SSB, che mantengono separati i filamenti;
• la primasi, che sintetizza i primer;
• la DNA polimerasi, che estende i filamenti;
• la topoisomerasi, che previene l’eccessivo superavvolgimento del DNA;
• la ligasi, che unisce i frammenti di Okazaki.
Questa cooperazione rende la replicazione un processo estremamente rapido e preciso.