D-Replicazione DNA

REPLICAZIONE DEI GENOMI A DNA
LA REPLICAZIONE DEL DNA SERVE A
PERPETUARE L’INFORMAZIONE GENICA
FIGURA 12.26 GENES VII
FIGURA 13.1 GENOMI II
FIGURA 13.2 GENOMI II
NEL 1958 MESELSON E STAHL DIMOSTRANO
CHE LA REPLICAZIONE DEL DNA E’
SEMICONSERVATIVA
FIGURA 13.3A GENOMI II
FIGURA 13.3B GENOMI II
NEL 1958 MESELSON E STAHL
PUBBLICARONO I RISULTATI DELLE LORO
RICERCHE SULLA PRESTIGIOSA RIVISTA
“PROCEEDINGS OF THE NATIONAL ACADEMY
OF SCIENCES OF THE UNITED STATES OF
AMERICA” (PNAS USA)
FIGURA 13.1 GENOMI II
LA REPLICAZIONE DI UNA MOLECOLA DI DNA
NON INIZIA MAI ALLE SUE ESTREMITA’ MA IN
UNA O PIU’ REGIONI INTERNE ED E’ PER
QUESTO BIDIREZIONALE.
L’INIZIO DELLA REPLICAZIONE NON E’ UN
PROCESSO CASUALE MA AVVIENE SEMPRE
NELLA STESSA POSIZIONE (O POSIZIONI)
DEL GENOMA DEFINITA ORIGINE DI
REPLICAZIONE.
FIGURA 13.7 GENOMI II
LO SVOLGIMENTO DELLA DOPPIA ELICA E’
OPERATO DALLE ELICASI, ENZIMI IN GRADO
DI UTILIZZARE L’ENERGIA DERIVANTE
DALL’IDROLISI DELL’ATP PER ROMPERE I
LEGAMI AD IDROGENO TRA LE BASI
AZOTATE.
LO SVOLGIMENTO DELLA DOPPIA ELICA AD
OPERA DELLE ELICASI GENERA
SUPERAVVOLGIMENTI E QUINDI TENSIONI
TORSIONALI A MONTE DELLA FORCINA DI
REPLICAZIONE. QUESTE TENSIONI SONO
SCARICATE DALLE DNA TOPOISOMERASI.
FIGURA 13.13 GENOMI II
FIGURA 13.5 GENOMI II
FIGURA 13.4 GENOMI II
NELLA FORCINA DI REPLICAZIONE IL
RIAPPAIAMENTO DEI DUE FILAMENTI
POLINUCLEOTIDICI E’ IMPEDITO DA
PROTEINE CHE LEGANO IL DNA A SINGOLO
FILAMENTO, LE SSB.
FIGURA 13.14 GENOMI II
LA COPIA DEI FILAMENTI POLINUCLEOTIDICI
PARENTALI E LA CONSEGUENTE
NEOSINTESI DI DNA E’ OPERATA DALLE DNA
POLIMERASI.
TUTTE LE DNA POLIMERASI CONDIVIDONO
LE SEGUENTI CARATTERISTICHE:
•POLIMERIZZANO IN DIREZIONE 5’->3’
•UTILIZZANO DEOSSINUCLEOSIDI
TRIFOSFATO
•NECESSITANO DI UN INNESCO
•SONO SPESSO DOTATE DI ATTIVITA’ DI
CORREZIONE DI BOZZE (ATTIVITA’
ESONUCLEASICA 3’-5’)
FIGURA 4.7A GENOMI II
FIGURA 13.10 GENOMI II
FIGURA 4.7B-C GENOMI II
FIGURA 4.4A GENOMI II
ANCHE SE DOTATE DI ATTIVITA’ DI
CORREZIONE DI BOZZE, LE DNA
POLIMERASI NON SEMPRE RICONOSCONO
L’ERRONEA INCORPORAZIONE DI UN
NUCLEOTIDE. CONSEGUENTEMENTE, LA
REPLICAZIONE DEL DNA PUO’ GENERARE
MUTAZIONI, CIOE’ ALTERAZIONI DELLA
SEQUENZA NUCLEOTIDICA . LA DNA
POLIMERASI I DI E.COLI INCORPORA UN
NUCLEOTIDE SBAGLIATO OGNI 100.000
NUCLEOTIDI AGGIUNTI MA CORREGGE
L’ERRORE NEL 99 % DEI CASI.
CONSEGUENTEMENTE, IL TASSO DI ERRORE
E’ 1/10.000.000.
NEL 1969 OKAZAKI DIMOSTRA CHE LA
REPLICAZIONE DEL DNA E’
SEMIDISCONTINUA.
TALE FENOMENO E’ CONSEGUENZA DELLA
DIREZIONALITA’ DI SINTESI DEL DNA DA
PARTE DELLE DNA POLIMERASI.
FIGURA 13.11 GENOMI II
NEL 1969 OKAZAKI PUBBLICO’ I RISULTATI
DELLE SUE RICERCHE SULLA PRESTIGIOSA
RIVISTA “PROCEEDINGS OF THE NATIONAL
ACADEMY OF SCIENCES OF THE UNITED
STATES OF AMERICA” (PNAS USA)
PER CONVENZIONE SI CONSIDERA CHE LA
REPLICAZIONE DI UNA MOLECOLA DI DNA
SIA COMPOSTA DA 3 FASI: INIZIO,
ALLUNGAMENTO E TERMINAZIONE.
FIGURA 13.7A GENOMI II
FIGURA 13.8 GENOMI II
(245 bp)
GATCTNTTNTTTT
TT(A/T)T(A/C)CA(A/C)A
COSA ACCOMUNA QUESTE SEQUENZE
NUCLEOTIDICHE ?
GAAGATTTCAGATGATCATTGGAGTGATC
AGTCTGAGCAGAAGACCATCTTGCACCCT
CTCTCCCACAGACGATCATAAACTTGGGG
AGTCTGAGCAGAAGACCATCTTGCACCCT
COSA ACCOMUNA QUESTE SEQUENZE
NUCLEOTIDICHE ?
GAAGATTTCAGATGATCATTGGAGTGATC
AGTCTGAGCAGAAGACCATCTTGCACCCT
CTCTCCCACAGACGATCATAAACTTGGGG
AGTCTGAGCAGAAGACCATCTTGCACCCT
MOTIVO: CAGANGAYCAT
RIPETIZIONI DIRETTE ED INVERTITE
5’CATGCGGAAATGCAAATGCGGAGCATAC3’
3’GTACGCCTTTACGTTTACGCCTCGTATG5’
FIGURA 13.12A GENOMI II
TABELLA 13.2 GENOMI
FIGURA 13.15 GENOMI II
LA DNA POLIMERASI III DI E. COLI OPERA IN
FORMA DIMERICA, COPIANDO
CONTEMPORANEAMENTE SIA IL FILAMENTO
GUIDA CHE IL FILAMENTO TARDIVO.
FIGURA 13.16 GENOMI II
FIGURA 13.17 GENOMI II
FIGURA 13.7A GENOMI II
FIGURA 13.21 GENOMI II
LA REPLICAZIONE DEL DNA CIRCOLARE DI E.
COLI SI CONCLUDE SEMPRE IN UNA
REGIONE DEFINITA CARATTERIZZATA DALLA
PRESENZA DI SEQUENZE DI TERMINAZIONE.
FIGURA 15.22 GENOMI III
FIGURA 13.7B GENOMI II
FIGURA 13.11 GENOMI II
FIGURA 13.12B GENOMI II
NESSUNA DNA POLIMERASI EUCARIOTICA
HA ATTIVITA’ ESONUCLEASICA 5’-3’: LA
RIMOZIONE DELLA COMPONENTE DI RNA
DEI FRAMMENTI DI OKAZAKI RICHIEDE
L’INTERVENTO DI ALTRI ENZIMI.
TABELLA 13.2 GENOMI II
FIGURA 13.19 GENOMI II
PROCARIOTI: PRIMASI - DNA POLIMERASI III DNA POLIMERASI I - LIGASI
EUCARIOTI: DNA POLIMERASI ALFA - DNA
POLIMERASI DELTA – (RIBONUCLEASI H) NUCLEASI FEN1 - LIGASI
NEGLI EUCARIOTI NON SONO NOTE
SEQUENZE DI TERMINAZIONE EQUIVALENTI
AI TERMINATORI BATTERICI. MOLTO
PROBABILMENTE LE FORCINE DI
REPLICAZIONE SI INCONTRANO IN PUNTI
CASUALI.
ALCUNE DIFFERENZE SOSTANZIALI TRA
REPLICAZIONE DEL DNA GENOMICO IN
PROCARIOTI ED EUCARIOTI:
NEI PROCARIOTI ESISTE UN’UNICA ORIGINE
DI REPLICAZIONE, NEGLI EUCARIOTI VE NE
SONO MOLTE
NEI PROCARIOTI ESISTONO SEQUENZE DI
TERMINAZIONE DELLA REPLICAZIONE
MENTRE NEGLI EUCARIOTI LE FORCINE DI
REPLICAZIONE SI INCONTRANO IN PUNTI
CASUALI
I FRAMMENTI DI OKAZAKI PROCARIOTICI
SONO LUNGHI MIGLIAIA DI BASI, QUELLI
EUCARIOTICI CENTINAIA DI BASI
NEI PROCARIOTI GLI INNESCHI SONO
SINTETIZZATI DALLA PRIMASI, NEGLI
EUCARIOTI DA UNA DELLE SUBUNITA’ DELLA
DNA POLIMERASI ALFA
NEI PROCARIOTI LE DUE MOLECOLE DI DNA
POLIMERASI CHE COPIANO IL FILAMENTO
GUIDA E TARDIVO SONO ASSOCIATE IN UN
COMPLESSO DIMERICO, NEGLI EUCARIOTI
SONO INVECE SEPARATE
LA RIMOZIONE DELLA COMPONENTE DI RNA
DEI FRAMMENTI DI OKAZAKI E’ OPERATA
DALLA DNA POLIMERASI I NEI PROCARIOTI
DALL’ENDONUCLEASI FEN1 E/O LA
RIBONUCLEASI H NEGLI EUCARIOTI
LA REPLICAZIONE DEL DNA MITOCONDRIALE
UMANO AVVIENE SECONDO MODALITA’ CHE
DIVERGONO DALLO SCHEMA DI SINTESI
SEMIDISCONTINUA: REPLICAZIONE PER
SPOSTAMENTO OPERATA DALLA DNA
POLIMERASI GAMMA.
FIGURA 13.6A GENOMI II
LA TELOMERASI E’ UN ENZIMA CHE HA IL
COMPITO DI PRESERVARE L’INTEGRITA’ DEI
TELOMERI
FIGURA 2.7 GENOMI II
I TELOMERI SONO FORMATI DA CIRCA UN
MIGLIAIO DI COPIE IN TANDEM DI UNA
BREVE SEQUENZA RICCA IN G. NELL’UOMO
LA SEQUENZA TELOMERICA E’ 5’-TTAGGG-3’
FIGURA 2.10 GENOMI II
TABELLA 13.3 GENOMI II
LE SEQUENZE TELOMERICHE SONO
RICONOSCIUTE DA PROTEINE SPECIFICHE,
RAPPRESENTATE NELL’UOMO DA TRF2. LE
PROTEINE TELOMERICHE PROTEGGONO LE
ESTREMITA’ LIBERE DEL DNA
CROMOSOMALE DA UN’INDEBITA
RIPARAZIONE.
FIGURA 14.26A GENOMI II
LE SEQUENZE TELOMERICHE SONO PER
QUESTO MOLTO IMPORTANTI AI FINI DELLA
STABILITA’ DEI CROMOSOMI.
LA REPLICAZIONE SEMIDISCONTINUA DEL
DNA CROMOSOMALE EUCARIOTICO
PRODUCE UN PROGRESSIVO
ACCORCIAMENTO DEI TELOMERI.
FIGURA 13.24A GENOMI II
L’ACCORCIAMENTO DEI TELOMERI NELLE
CELLULE SOMATICHE NE LIMITA LA
CAPACITA’ PROLIFERATIVA.
FIGURA 13.27 GENOMI II
LE CELLULE DI TOPO ENTRANO IN
SENESCENZA DOPO 12 MITOSI, QUELLE
UMANE DOPO 40 MITOSI. QUESTO LIMITE
NON INFLUENZA LO STATO FUNZIONALE DI
ORGANI E TESSUTI PER L’ESISTENZA DI
CELLULE STAMINALI. QUESTE ULTIME SONO
CELLULE PROGENITRICI INDIFFERENZIATE
CHE CONTINUANO A DIVIDERSI PER TUTTA
LA VITA DI UN ORGANISMO MANTENENDO
L’INTEGRITA’ STRUTTURALE E FUNZIONALE
DI ORGANI E TESSUTI.
LE CELLULE STAMINALI NON INVECCHIANO
ANCHE PERCHE’ PROVVISTE DI UN ENZIMA,
LA TELOMERASI, CHE OPERA IL RIPRISTINO
DELLE SEQUENZE TELOMERICHE.
FIGURA 13.26 GENOMI II
FIGURA 13.25 GENOMI II
LE TELOMERASI SONO ANCHE ATTIVE
NELLE CELLULE RIPRODUTTIVE PER
EVITARE CHE LA PROGENIE EREDITI
CROMOSOMI GIA’ INVECCHIATI.
IN DEFINITIVA, LE TELOMERASI SONO
ESPRESSE DURANTE LO SVILUPPO
EMBRIONALE E, DOPO LA NASCITA, NELLE
CELLULE STAMINALI E RIPRODUTTIVE.
INFINE, LE TELOMERASI RISULTANO ATTIVE
IN MOLTE CELLULE TUMORALI CHE IN
QUESTO MODO POSSONO SUPERARE IL
LIMITE DELLE 40 MITOSI.