LA REPLICAZIONE DEL DNA

La replicazione del DNA costituisce un meccanismo attraverso il quale le cellule sono in grado di duplicare il loro materiale genetico.

Il DNA costituisce la molecola della vita; esso è un acido nucleico formato da porzioni denominate nucleotidi, e questi ultimi, a loro volta, sono composti da tre componenti chimici di base: un acido fosforico, un desossiribosio (zucchero pentoso) e una delle quattro basi azotate che il DNA può avere (adenina, timina, citosina e guanina).

Nel DNA, i nucleotidi sono connessi tra loro in modo covalente, formando due lunghe catene che si avvolgono su sé stesse, formando una grande elica; ciascun nucleotide è composto da tre costituenti, uno zucchero (il desossiribosio nel DNA), una base azotata (adenina, guanina, citosina o timina) e un gruppo fosfato.

Ciascuna di queste catene è complementare all'altra, ovvero i suoi nucleotidi sono complementari in ogni posizione della molecola (adenine con timine e guanine con citosine).

Entrambe le catene sono inoltre antiparallele, ovvero hanno direzioni opposte.

La replicazione è il processo attraverso il quale una molecola di DNA è duplicata e si ottengono due molecole di DNA; i meccanismi di replicazione sono rilevanti per il ciclo cellulare, in quanto senza di essi sarebbe impossibile ottenere cellule identiche nella mitosi.

La replicazione è semiconservativa; in tal senso, il DNA è formato da 2 catene di nucleotidi e, nel processo di replicazione, ciascuna delle molecole “figlie” sintetizzate da una singola molecola ‘madre’ conserva solo una delle catene originali della molecola madre.

L'altra catena viene sintetizzata utilizzando come “modello” la catena originale conservata; la replicazione inizia in uno o più punti fissi

La replicazione del DNA inizia sempre in punti specifici della molecola chiamati origini di replicazione; le origini di replicazione sono sequenze specifiche del DNA in cui può iniziare la replicazione.

La replicazione procede a forma di forcella; il DNA è una doppia elica, in cui entrambe le catene accoppiano le loro basi azotate complementari.

Tali basi azotate si trovano al centro della molecola, quindi non sono facilmente accessibili agli enzimi responsabili della replicazione del DNA; per risolvere tale complessità, il primo passo nella replicazione è separare puntualmente le due catene che compongono la molecola di DNA.

Man mano che il processo di replicazione avanza, le catene si aprono a forma di forcella, facilitando l'azione degli enzimi.

La replicazione è bidirezionale; nella condizione in cui si forma una forcella di replicazione in un punto di origine della replicazione, di solito non avanza solo in una direzione della catena, ma in entrambe le direzioni.

In determinati casi la replicazione del DNA avviene in una sola direzione; essi si verificano nel DNA mitocondriale e in alcuni plasmidi batterici.

Si potrebbe pensare che la replicazione del DNA possa configurarsi come un processo continuo dall'origine della replicazione fino al suo completamento, ma non avviene così.

Le DNA polimerasi, enzimi responsabili della sintesi delle nuove catene di DNA, possono sintetizzare solo in direzione 5' → 3'; in tale situazione, per una delle catene appare ottimale in quanto è sintetizzata in modo continuo, mentre per l’altra è un problema.

Le cellule sono in grado di sintetizzare la nuova catena di DNA 3' → 5' a pezzetti; per mezzo di tale meccanismo, le DNA polimerasi sintetizzano piccoli frammenti di DNA nella direzione normale (5' → 3'), che poi altri enzimi, le DNA ligasi, si incaricano di unire, formando la nuova catena, e tale catena è nota come “catena ritardata”.

La replicazione inizia nei punti di origine della replicazione; in tali punti, l'elicasi, un enzima in grado di rompere i legami tra le basi azotate di entrambe le catene di DNA, apre la doppia elica per consentire l'azione degli altri enzimi. Successivamente, alcune proteine di legame a catena singola si uniscono a ciascuna delle catene, impedendo così che le due catene si ricongiungano tra loro.

Le topoisomerasi, enzimi, procedono ad alleviare l’avvolgimento eccessivo nel corso della replicazione.

FONTE

Marini, F. (2017). Replicazione del DNA e cromosomi. In Genetica. EdiSES.

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