Biologia | La duplicazione del DNA

Biologia | La duplicazione del DNA

La duplicazione del DNA avviene all’interfase, prima della successiva mitosi o meiosi.

In base al modello della duplicazione semiconservativa le molecole di DNA sono formate sia da DNA nuovo che da DNA vecchio, ma ciascuna molecola contiene un intero filamento vecchio e un intero filamento nuovo.

 

Per la duplicazione semiconservativa oltre ai nucleosidi trifosfati necessari per costruire la nuova molecola, è indispensabile la presenza di un DNA preesistente, di un complesso di replicazione, di un innesco (o primer) e di numerose proteine.

La duplicazione avviene in due tappe:

1. La doppia elica del DNA, con l’aiuto di specifici enzimi, si despiralizza e si rompono i legami a idrogeno tra basi appaiate, per permettere l’allontanamento dei due filamenti stampo e renderli disponibili all’appaiamento con nuove basi.
2. I nuovi nucleotidi si uniscono a ciascun nuovo filamento in crescita secondo una sequenza determinata dall’appaiamento per complementarietà con le basi del filamento stampo. La formazione dei legami fosfodiesterici è catalizzata dagli enzimi DNA polimerasi.

NB: La doppia elica di DNA viene srotolata dall’enzima elicasi, viene aperta nel punto detto forcina di replicazione e i due filamenti vengono separati.

Le DNA polimerasi sono capaci di allungare un filamento polinucleotidico legando in modo covalente un nucleotide per volta a un filamento preesistente, ma non riescono ad iniziarne uno dal nulla. Per questo serve un filamento di avvio, detto primer , un breve filamento singolo di RNA sintetizzato nell’enzima primasi.

La sintesi del legame nucleotidico è catalizzata dall’enzima DNA polimerasi. Il legame avviene tra il gruppo fosfato legato al carbonio 5’ di un nucleotide trifosfato libero e il gruppo ossidrilico del desossiribosio del nucleotide già incorporato nella catena di DNA (estremità 3’). Si parla di sintesi del DNA in direzione 5’-3’ in quanto la catena di DNA sembra accrescersi a partire dalla sua estremità 5’, con l’aggiunta di nuovi nucleotidi alla sua estremità 3’

La sintesi del filamento che ha l’estremità 3′ libera in corrispondenza della forcella procede in modo continuo: questo filamento è detto filamento veloce o guida.

replicazione-dna
Schema della replicazione del DNA. In blu è il filamento di DNA parentale. Le frecce in rosso indicano la direzione di sintesi del nuovo filamento, e il numero romano circolettato l’ordine con cui vengono sintetizzati i frammentini del filamento copia.

La sintesi del nuovo filamento di DNA procede prima lungo il filamento che permette la direzione giusta di allungamento 5’-3’ del nuovo filamento – filamento guida ed è sintetizzato in un unico passaggio. Su questo lato la replicazione è più veloce.
Poi la sintesi procede sul filamento opposto – filamento copia dove avviene più lentamente e apparentemente in senso opposto (3’-5’). In realtà vengono sintetizzati tanti frammentini in direzione 5’-3’, che successivamente vengono saldati insieme dall’enzima DNA ligasi. Per questo la replicazione del DNA si dice discontinua.

La sintesi del filamento lento procede in modo discontinuo e a ritroso, operando su segmenti isolati e relativamente piccoli (100-200 nucleotidi per volta negli eucarioti e 1000-2000 nei procarioti).

Il filamento lento punta nella direzione «sbagliata»: a mano a mano che la forcella si apre, la sua estremità 3′ libera si allontana sempre di più dal punto di apertura cosicchè si viene a formare uno spazio vuoto, non duplicato, che sarebbe destinato a diventare sempre più ampio. Per risolvere il problema vengono quindi prodotti brevi segmenti discontinui, detti frammenti di Okazaki, che poi vengono uniti insieme dall’enzima DNA ligasi, con consumo di ATP. Un’altra DNA polimerasi riempie gli spazi lasciati dall’RNA primer.