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La duplicazione del DNA
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LICEO SCIENTIFICO STATALE“LEONARDO da VINCI” di FIRENZE
CORSO SPERIMENTALE FDOCENTE Prof. Enrico Campolmi
La duplicazione del DNA
La duplicazione del DNA
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La struttura stessa del DNA rivela il meccanismo della duplicazione
Il DNA possiede la capacità di autoriprodursi, ossia di fornire copie esatte di se stesso, assicurando così la trasmissione dei caratteri ereditari da una generazione all’altra
Il fenomeno avviene una sola volta per ogni generazione cellulare ed ha luogo durante la fase S del ciclo cellulare
Lungo un singolo filamento della doppia elica i nucleotidi possono essere disposti in un ordine qualsiasi
Tuttavia, per la regola di accoppiamento delle basi, la sequenza dei nucleotidi su di un filamento determina la sequenza complementare sul filamento opposto
Ogni filamento può quindi fare da stampo per la realizzazione del suo opposto.
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Il deossiribosio è una molecola ad anello con 5 atomi di carbonio, che vengono numerati in base alla loro posizione
Ogni filamento ha quindi un’estremità 5’ ed una 3’
In ogni filamento ciascun gruppo fosfato è attaccato ad una molecola di zucchero tramite un carbonio in posizione 5’ ed a un’altra molecola di zucchero tramite un carbonio in posizione 3’
Fig. 14.7A pag. 193
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All’interno della doppia elica i due filamenti corrono in senso opposto: la direzione dall’estremità 5’ all’estremità 3’ di un filamento è invertita rispetto all’altro
I due filamenti vengono perciò definiti antiparalleli
Quando si costruisce una molecola di DNA i nuovi nucleotidi possono essere aggiunti solo all’estremità 3’ della catena
La duplicazione del DNA richiede un gran numero di enzimi differenti, ognuno specifico nel catalizzare una particolare fase del processo
In ogni filamento la polimerizzazione procede quindi dall’estremità 5’ verso quella 3’
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5’ 3’
5’
3’
5’
3’
3’ 5’
La duplicazione del DNA inizia da una specifica sequenza di nucleotidi detta punto di origine della duplicazione
Un particolare enzima, detto elicasi, rompe i legami idrogeno tra i nucleotidi, aprendo la doppia elica come una cerniera lampo, si forma così un struttura a Y, detta forcella di duplicazione
elicasi
DNA polimerasi
A ciascuno dei due filamenti singoli si attacca quindi un altro enzima, detto DNA polimerasi, che lega ad ogni nucleotide del filamento originale il nucleotide complementare
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5’
5’ 3’
5’
3’
3’
5’
3’
3’
5’ 5’ 3’
Filamento guida
Filamento lento
Poiché l’aggiunta dei nucleotidi può avvenire solo nella direzione da 5’ a 3’, uno dei due filamenti, detto filamento guida, può allungarsi senza interruzioni nella stessa direzione in cui si sposta la forcella di duplicazione
L’altro filamento invece è chiamato filamento in ritardo e viene sintetizzato in modo discontinuo a partire da corti segmenti, della lunghezza di 100 – 200 nucleotidi, detti frammenti di Okazaki, assemblati in direzione 5’ 3’ a partire da punti in prossimità della forcella di duplicazione
I frammenti di Okazaki vengono poi legati tra loro da un enzima detto DNA ligasi
Okazaki fragment
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La regione nella quale la doppia elica si allarga per la sintesi viene detta bolla di duplicazione
Fig. 14.9 BPag. 195
La duplicazione procede contemporaneamente nelle due direzioni opposte, con un filamento guida ed un filamento lento, e si dice per questo bidirezionale
La bolla si apre ad ambo le estremità in una forcella di duplicazione
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Negli eucarioti la duplicazione è enormemente accelerata dalla presenza di numerose bolle su ogni cromosoma, che successivamente si fondono tra loro
Nella specie umana (3 109 paia di basi, per una lunghezza totale di circa 2m) con circa 10.000 punti di origine, la duplicazione avviene in circa 7 ore.
Se il punto di origine fosse invece uno solo (come nei procarioti) la duplicazione del DNA umano richiederebbe circa un anno
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La duplicazione termina quando tutte le bolle si sono fuse assieme
Come risultato finale si hanno due doppie eliche, ognuna delle quali è formata da un filamento stampo (appartenente alla molecola originale) e da un filamento copia (di neoformazione)
Per questo motivo la duplicazione del DNA si definisce anche semi conservativa
Poiché la duplicazione del DNA è un processo vitale per la cellula, essa mette in atto numerosi meccanismi che ne controllano l’esatta esecuzione
Uno di questi, detto proofreading (controllo di lettura) viene svolto direttamente dalla DNA polimerasi durante la sintesi stessa
Altri meccanismi di controllo del DNA sono attivi durante tutta la vita cellulare, riuscendo a rimuovere difetti di varia origine della sua struttura
Quando i meccanismi di controllo falliscono, il DNA va incontro a mutazioni
