DUPLICAZIONE DNA E MITOSI

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DUPLICAZIONE DEL DNA

Attraverso la replicazione (o duplicazione), il DNA produce una copia di se stesso.

Si tratta di un fenomeno che avviene durante la fase S (la S sta per “sintesi”) del CICLO CELLULARE cioè quando una cellula madre si prepara a dare origine a una o più cellule figlie per essere rimpiazzata.

Perché le cellule figlie abbiano un corredo genetico identico alla cellula madre (e fra di loro), è necessario infatti che il DNA della cellula madre si replichi poco prima di andare incontro alla sua riproduzione. Se infatti la cellula “madre” ha un corredo genetico 2n (vai all’argomento DNA per sapere cosa significa), per dare origine a due cellule “figlie”, ciascuna con lo stesso corredo genetico 2n, è necessario che poco prima di dividersi la cellula “madre” si trasformi in una cellula con corredo cromosomico 4n.

La replicazione del DNA si definisce “semiconservativa” perché ciascuna cellula “figlia” avrà una doppia elica di DNA formata dal vecchio filamento della cellula “madre” e da un filamento completamente nuovo. Perciò l’informazione genetica originaria sarà presente nella cellula figlia solo al 50%.

Gli enzimi responsabili del processo di replicazione del DNA sono:

  • DNA-elicasi è l’enzima che divide le basi azotate della doppia elica spezzando i legami a idrogeno che le tengono unite (vai alla lezione sul DNA per sapere di cosa si tratta). L’elicasi può muoversi sia in direzione 5’ -3’ che 3’-5’ (ciascun filamento di DNA è formato da un’estremità 3′ e una 5′, fatte in modo che l’estremità 3′ di un filamento sia rivolto verso l’estremità 5′ del secondo filamento, e viceversa), a differenza della DNA polimerasi.

Quando il legame fra le basi azotate si rompe, l’elica del DNA si “despiralizza”, cioè ciascun filamento si separa dal filamento opposto e da spirale diventa lineare. Si forma una FORCA o FORCELLA, formata dai due filamenti prima appaiati che si separano.

  • topoisomerasi:sono due enzimi in grado di mantenere il DNA lineare dopo il passaggio dell’ elicasi, ed anche in grado di “superavvolgerlo”. Si chiamano topoisomerasi I e topoisomerasi Il : il primo mantiene il DNA “rilassato”, mentre il secondo aggiunge degli avvolgimenti, il tutto per facilitare la replicazione.
  • DNA-polimerasi: è l’enzima principale della replicazione, ed è presente sia nei procarioti che negli eucarioti, anche se con delle differenze. Si tratta dell’enzima con il compito più importante: creare un filamento nuovo di DNA complementare a ciascuno dei due filamenti vecchi.

La DNA-polimerasi si sposta solamente dall’estremità 3’ alla 5’ del filamento di DNA. Per iniziare la sua attività di replicazione, ha bisogno di un primer o innesco da cui partire. Questo è costituito da un piccolo frammento di RNA 5’-3’ con sequenze complementari ad un primo tratto di filamento originale (3’-5’) da duplicare. A questo primer la polimerasi aggiungerà via via nucleotidi complementari a tutta la catena.

I nucleotidi “nuovi” via via aggiunti sono sintetizzati nel citoplasma.

Quindi, durante il suo “tragitto” lungo il filamento di DNA da duplicare, la DNA-polimerasi lega, al filamento originale, dei nucleotidi di nuova sintesi con basi azotate complementari alla sequenza originale. Si dice infatti che il filamento originale fa da modello o da stampo per la formazione di un filamento nuovo.

Il primer è sintetizzato dalla primasi. Una volta che la DNA-polimerasi ha iniziato a duplicare, questo primer sarà eliminato da enzimi detti “esonucleasi.

La DNA-polimerasi non ha solo il compito di formare un nuovo filamento di DNA, ma anche di rimuovere gli appaiamenti sbagliati, che altrimenti darebbero origine a “mutazioni genetiche”, che possono essere favorevoli o sfavorevoli (come nella degenerazione tumorale). Ha infatti attività esonucleasica, cioè può tagliare il nucleotide immesso a partire da un’estremità libera del filamento, a differenza delle endonucleasi che agiscono in mezzo alla catena e non all’estremità.

Ora, abbiamo detto che la polimerasi può spostarsi solo dall’estremità 3’ a quella 5’. Ma il DNA è costituito da due filamenti, uno dei quali ha un’estremità 3’ mentre l’altro un’estremità 5’.

Quindi il filamento 3’ sarà replicato più velocemente (catena veloce o catena leader) senza alcun problema, mentre il filamento 5’ più lentamente (catena ritardata o filamento lagging). Perciò, in quest’ultima catena, la sintesi di nuovo DNA avverrà in maniera discontinua attraverso i frammenti di Okazaki: sono piccoli frammenti nucleotidici inseriti dalla polimerasi a partire dal solito primer di RNA, e poi uniti fra di loro dalla ligasi per formare un filamento completo.

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