Replicazione - Axada Catania

REPLICAZIONE DEL DNA
La replicazione è quel processo mediante il quale una cellula riesce a creare copie del suo DNA.
Tale processo di sintesi del DNA avviene nella fase S del ciclo cellulare ed è definito un processo
semiconservativo in quanto, delle due molecole di DNA che si vengono a formare, un filamento è
neo-sintetizzato, l'altro invece è il filamento della molecola di DNA precedentemente usata come
"stampo". Ciò richiede che una molecola di DNA sottoposta. a replicazione si scinda nei suoi due
filamenti, ciascuno dei quali verrà utilizzato come stampo del filamento complementare, con il
quale verrà a costituire una nuova molecola di DNA.
In una molecola di DNA sottoposta a replicazione si nota l'avanzare di un fronte di sintesi che, per
la sua forma a Y, prende il nome di "forcella di replicazione". A livello di tale forcella agisce un
sistema multienzimatico che comprende la DNA polimerasi, cioè di quell'enzima capace di
sintetizzare un nuovo filamento, in direzione. 5'-->3', a partire da deossiribonucleosidi trifosfato.
Tuttavia, poiché i due filamenti della molecola di DNA sono antiparalleli, la sintesi non può
avvenire contemporaneamente su entrambi i filamenti e nella stessa direzione. Ciò che accade è che
un filamento, detta filamento guida, viene sintetizzato dalla DNA polimerasi in direzione 5'-->3' in
modo continuo, l'altro filamento, noto come filamento lento, viene sintetizzato da una DNA
polimerasi sempre in direzione 5'-->3', ma in verso opposto rispetto alla precedente e in maniera
discontinua. Infatti la DNA polimerasi del filamento lento sintetizza prima frammenti di DNA, detti
sequenze di Okazaki, che successivamente verranno unite insieme dall'enzima "DNA ligasi" a
formare un filamento unico.
Questo processo avviene con alta fedeltà in quanto la DNA polimerasi svolge anche attività di
"correzione esonucleolitica" , cioè è capace di riconoscere un nucleotide sbagliato e di sostituirlo
con quello corretto.
La DNA polimerasi non è in grado di iniziare la sintesi di un nuovo filamento ma ha bisogno di
un'estremità 3' -0H libera a cui unire il nucleotide entrante. Per questo motivo tale enzima esige la
presenza di un filamento primer,detto RNA primer; che viene sintetizzato da una RNA polimerasi
detta "DNA primasi", capace di iniziare una catena polinucleotidica de novo a partire da due
deossiribonucleosidi trifosfato.Naturalmente, mentre per il filamento guida vi è bisogno di un solo
DNA primer di inizio, per i filamento lento vi è bisogno di un primer per ogni sequenza. di
Okazaki. Ciascuna DNA polimerasi presente sul filamento lento sintetizzerà il frammento di
Okazaki fino a quando non incontrerà un nuovo RNA primer sul suo cammino. Poi, come detto
prima, la DNA ligasi, sfruttando ATP, formerà un legame fosfodiestere tra frammenti di Okazaki
adiacenti. A consentire l'apertura della doppia elica per la sintesi vi è un enzima, cioè la "DNA
elicasi", che riesce a rompere i legami idrogeno tra le basi appaiate. Ad aiutare tale attività vi sono
anche "proteine che legano DNA a singolo filamento" (SSB), che stabilizzano la conformazione
svolta a singolo filamento, legandosi ai due filamenti. Tali proteine permettono inoltre il
raddrizzamento del filamento ritardato, evitando che si formino eliche di avvolgimento.
Poiché la DNA polimerasi ha un' alta tendenza a dissociarsi dal DNA, vi è un' altra proteina che
assicura la piena adesione di quest'enzima al DNA durante la sintesi e nello stesso tempo ne
permette il rapido scorrimento. Questa pinza viene unita al DNA polimerasi per mezzo di un enzima
caricatore che sfrutta l'energia di idrolisi dell'ATP e che ,nello stesso tempo, posiziona la pinza su
un primer di stampo.
Altre proteine impegnate nella duplicazione sono le DNA topoisomerasi. Queste ultime sono
importanti per risolvere quel "problema di avvolgimento", cioè quelle tensioni di rotazione che si
creano sulla molecola del DNA in seguito all'avanzare della forcella. Queste topoisomerasi riescono
ad unirsi al fosfato di un nucleotide, rompendo il legame fosfodiestere con il nucleotide adiacente.
In seguito a ciò, i due nucleotidi possono ruotare l'uno rispetto all'altro diminuendo la tensione da
torsione di tutta la molecola. Inoltre, essendo reversibile tale reazione, riescono a staccarsi dalla
molecola e a far ricostituire il legame fosfodiestere precedentemente rotto.
La posizione del DNA in cui la doppia elica viene aperta per la prima volta viene detta. "origine di
replicazione". Questa. posizione è ricca di basi A e T in quanto i loro legami idrogeno con basi
complementari è più debole, consentendo maggiore facilità nell'apertura dell'elica. Il processo di
prima apertura dell'elica è stato studiato nel batterio E.coli, in cui si è visto che inizialmente
"proteine iniziatrici" si legano all'origine di replicazione e che successivamente queste ultime
attirano sul DNA una "DNA elicasi" che, a sua volta, dopo aver aperto l'elica, si unisce ad un "DNA
primasi" a formare il "primosoma".
Alcuni problemi vengono incontrati dalla DNA polimerasi nella sintesi dell'estremità del filamento
lento , in quanto non c'è lo spazio per creare l'RNA primer necessario per la sintesi dell'ultimo
frammento di Okazaki. Tuttavia, negli eucarioti, sono presenti degli enzimi, chiamati "telomerasi",
capaci di riconoscere questa estremità e di allungarla, sintetizzando il filamento aggiunto a partire
da uno stampo di RNA che si trova nello stesso enzima.
È importante sottolineare che il DNA neosintetizzato va incontro a impacchettamento sotto forma.
di cromatina, per aggiunta di istoni ai DNA per opera di "fattori di assemblaggio della cromatina"
(CAF), che sono proteine associate alle forcelle di duplicazione.