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Dante Labs - All'interno del DNA: step-by-step nella replicazione del DNA

All'interno del DNA: step-by-step nella replicazione del DNA

All'interno del DNA: step-by-step nella replicazione del DNA

Ci sono circa 3 miliardi di coppie di basi nel DNA del genoma, che devono essere tutte copiate quando una qualsiasi tra le miliardi di cellule si divide. Questo processo è chiamato replicazione. Ma dove avviene la replicazione del DNA?

Che cos'è la replicazione?

La replicazione è il processo attraverso il quale una molecola di DNA a doppio filamento viene copiata per produrre due molecole di DNA identiche ed è considerato come uno dei processi più essenziali che si verificano all'interno di una cellula. Ogni volta che una cellula si divide, le due cellule figlie risultanti devono contenere esattamente le stesse informazioni genetiche, o DNA, della cellula madre. Per realizzare questo, ogni filamento di DNA esistente nella cellula madre, funge da stampo  per la replicazione dei nuovi filamenti nelle cellule figlie.


Come avviene la replicazione?

Tre sono le fasi principali della replicazione:

  1. l'apertura della doppia elica e la separazione dei filamenti di DNA;
  2. L’uso di uno dei due filamenti come stampo;
  3. l'assemblaggio del nuovo segmento di DNA. 

Durante la separazione, i due filamenti del DNA a doppia elica si srotolano in un punto specifico chiamato origine. Diversi enzimi e proteine lavorano poi insieme per preparare, Il filamento del DNA per la duplicazione. Infine, uno speciale enzima chiamato DNA Polimerasi organizza l'assemblaggio dei nuovi filamenti di DNA, copiando con massima precisione il vecchio filamento.

 

Cosa innesca la duplicazione?

L'avvio della replicazione del DNA avviene in due fasi:

  1. Una cosiddetta proteina iniziatrice srotola un breve tratto della doppia elica del DNA. Una proteina nota come elicasi si attacca e rompe i legami di idrogeno che uniscono  i due i filamenti di DNA, andando così a separarli.  L'elicasi, quindi, si muove lungo la molecola del DNA, continuando a rompere questi legami di idrogeno e separare le due catene polinucleotidiche per tutta la loro lunghezza, di miliardi di basi !.
  2. Nel frattempo, mentre l'elicasi separa i filamenti, un altro enzima chiamato primasi si attacca  ad ogni filamento e assembla un “innesco” dal quale può iniziare la replicazione vera e propria. Questo “innesco” è un breve tratto di nucleotidi chiamato primer.


Come si replicano i filamenti di DNA?

Dopo che il primer è in posizione su un singolo filamento polinucleotidico srotolato, la DNA polimerasi si avvolge attorno a quel filamento e attacca nuovi nucleotidi alle basi azotate esposte. In questo modo, la polimerasi assembla un nuovo filamento di DNA usando come stampo  quello esistente.

I nucleotidi che compongono il nuovo filamento sono accoppiati con i nucleotidi partner nel filamento modello sfruttando il principio della complementarietà: a causa delle loro strutture molecolari, i nucleotidi A si accoppiano sempre con i nucleotidi T, mentre i nucleotidi C si accoppiano sempre con i nucleotidi G. Questo fenomeno è noto come accoppiamento di base complementare e si traduce nella produzione di due filamenti complementari di DNA.

L'accoppiamento di base assicura che la sequenza di nucleotidi nel filamento stampo  esistente sia esattamente abbinata ad una sequenza complementare nel nuovo filamento, nota anche come anti-sequenza del filamento di stampo. Più tardi, quando la sintesi del  nuovo filamento viene concluso , il filamento complementare conterrà la stessa sequenza dell’ originale, andando in questo modo a conservare, con massima precisione, le informazioni in esso contenute. 

Quanto tempo richiede la replicazione?

Nel batterio E. coli, la replicazione può avvenire ad una velocità di 1.000 nucleotidi al secondo. In confronto, il DNA umano si replica ad una velocità di 50 nucleotidi al secondo. In entrambi i casi, la replicazione avviene così rapidamente perché più polimerasi possono “attaccarsi” sulla stessa molecola di DNA su diversi punti, sintetizzando più  filamenti allo stesso tempo.
 

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