Lezione 9 maggio 2011 CTF I anno - Dr. S. Forte

Biologia Molecolare
CDLM in CTF 2010-2011 – La Replicazione del DNA
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Prospettiva Storica
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La replicazione semidiscontinua
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Differenze tra procarioti ed eucarioti
E’ fondamentale che ad ogni divisione cellulare il
DNA venga COPIATO in modo che ogni cellula figlia
abbia un corredo genetico identico a quello della
cellula progenitrice.
La conseguenza principale della scoperta della
struttura del DNA ad opera di Watson e Crick è stata
la comprensione dei maccanismi di replicazione del
DNA, che può essere definita SEMICONSERVATIVA
e SEMIDISCONTINUA
Modello conservativo
Modello semi-conservativo
Una delle cellule figlie eredita la
doppia elica parentale, l’altra quella
appena sintetizzata
Entrambe le le cellule figlie
ereditano un filamento parentale
“vecchio” ed uno neosintetizzato
Modello distributivo
Entrambe le le cellule figlie
ereditano un parti di filamento
parentale “vecchio” e parti
neosintetizzati
J. Cairns 1963
Autoradiografia usando
timina marcata con trizio
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Prospettiva Storica
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La replicazione semidiscontinua
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Differenze tra procarioti ed eucarioti
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Il filamento stampo stabilisce
quanle dei 4 possibili dNTP viene
aggiunto
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La catalisi avviene al gruppo 3’
libero del filamento nascente
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Processo irreversibile per la
idrolisi del pirofosfato
La replicazione inizia in corrispondenza di una specifica sequenza chiamata origine di replicazione. Alcune proteine si legano al DNA in corrispondenza dell’origine e cominciano a svolgerlo. A questo punto delle proteine iniziatrici possono accedere ad ognuno dei filamen< per iniziare la sintesi del nuovo DNA. • La proteina deputata alla sintesi del DNA complementare ad uno stampo è la DNA POLIMERASI. Questo enzima catalizza l’aggiunta di nuovi nucleo<di ad una molecola di DNA quindi non NON è in grado di iniziare dal nulla la sintesi di una nuova molecola. • Prima che la DNA polimerasi possa iniziare la sintesi un nuovo filamento deve intervenire l’enima PRIMASI, un enzima che sinte<zza un breve segmento di RNA sullo stampo del DNA. Su questo “innesco” (in inglese primer) la DNA polimerasi può aggiungere nuovi nucleo<di e con<nuora la sintesi. • Poiche i primi nucleo<di, sinte<zza< dalla primasi, sono ribonucleo<di (RNA) vengono successivamente rimossi e sos<tui< con desossiribonucleo<di (DNA). I procario< possiedono cinque <pi di DNA Polimerasi: 1) DNA Polimerasi I: implicata nella riparazione del DNA e nella rimozione degli inneschi dei frammen< di Okazaki. 2)DNA Polimerasi II: indoPa da danni al DNA per riparazione del danno indoPo. 3)DNA polimerasi III: l'enzima principale per la replicazione, aRva sia nella sintesi del filamento leading, sia in quella dei frammen< di Okazaki. 4)DNA Polimerasi IV-­‐V: anch'esse coinvolte nella riparazione incline all'errore Anche negli eucario< ci sono 5 DNA polimerasi. 1)DNA Polimerasi α: è una primasi (enzima che sinte<zza i primer di RNA) e procede inoltre all'allungamento dei primer con alcune cen<naia di deossiribonucleo<di. 2)DNA Polimerasi β: coinvolta nella riparazione del DNA 3)DNA Polimerasi γ: replica il DNA mitocondriale 4)DNA Polimerasi δ: l'enzima principale della replicazione eucario<ca. Sinte<zza sia il filamento leading, sia il filamento lagging. Riempie inoltre le interruzioni tra i frammen< di Okazaki. 5)DNA Polimerasi ε: stessa funzione della Polimerasi δ. TuPe le DNA polimerasi conosciute sinte<zzano il nuovo filamento in direzione 5'-­‐ 3'aggiungendo deossiribonucleo<di (dNTP) al gruppo 3'-­‐OH del [deossiribosio] del nucleo<de precedente. Su un filamento la replicazione può procedere nello stesso verso in cui si sposta la DNA polimerasi, ed il processo è con<nuo. Nell’altro filamento questo non è possibile e deve avvenire in modo discon<nuo. Nel filamento LAGGING si generano dei frammen< di DNA (frammen< di Okazaki) che vengono succesivamente “incolla<” tra loro per ricostruire un filamento con<nuo. La rimozione degli inneschi è un processo sequenziale -­‐ Rimozione del’innesco di RNA (RNAsi H) -­‐ Rimozione di alcuni nucleo<di alle estremità (5’esonucleasi) -­‐ Sintesi del frammento mancante (DNA polimerasi) -­‐ Saldatura del taglio (ligasi)