duplicazione dna

Duplicazione
del DNA
IL DNA è LA MOLECOLA DEPOSITARIA
DELL’INFORMAZIONE GENICA
CHE DEVE ESSERE EREDITATA DI GENERAZIONE
IN GENERAZIONE.
PERTANTO LA STRUTTURA DEL DNA DEVE
ESSERE TALE DA SODDISFARE
AL MEGLIO QUESTA ESSENZIALE SUA
CARATTERISTICA FUNZIONALE.
IL MECCANISMO CON CUI
IL DNA ASSICURA LA COSTANZA
DELL’INFORMAZIONE DEVE ANCHE PREVEDERE
LA POSSIBILITà DI ERRORI CHE STANNO ALLA
BASE DELLE VARIAZIONI ESISTENTI NEL
MONDO VIVENTE UNA VOLTA CHE IL PROCESSO
DI SELEZIONE LI ABBIA STABILMNETE
INSERITI NEL GENOMA (V. MUTAZIONI)
Duplicazione - Trascrizione Traduzione
DNA
DNA
Trascrizione
RNA
Traduzione
Proteina
- La DUPLICAZIONE è il
processo che porta alla
formazione di copie delle
molecole di DNA ed al
trasferimento del materiale
genetico
- Il processo di
TRASCRIZIONE è il
trasferimento
dell’informazione dal DNA
alle molecole di RNA
- La TRADUZIONE è il
processo mediante il quale si
passa dall’RNA alle proteine
Le cellule eucariotiche svolgono durante la loro vita
una serie ordinata di eventi che costituiscono il
Ciclo Cellulare
Interfase comprende le
fasi G1, S, and G2
Le macromolecole come
proteine e lipidi sono
sintetizzate durante la
fase G1
Il DNA è sintetizzato
durante la fase S.
Durante la G2 le cellule si
preparano alla divisione
(M) il DNA duplicato viene
suddiviso alle due cellule
figlie.
Le cellule che non si
dividono escono dal normale
ciclo ed entrano nella G0.
La forma è l’immagine plastica della funzione
(Ruffini
Ruffini))
POICHè OGNI FILAMENTO
DETERMINA LA SEQUENZA
La molecola di DNA consiste di
DEL FILAMENTO
COMPLEMENTARE
due cateneCOMPLEMENTARE,
polinucleotidiche ,
unite mediante
le basi azotate
OGNI SINGOLO
FILAMENTO
DELLAe
avvolte l’una sull’altra a formare
MOLECOLA CHE SI APRE PUò AGIRE
una doppia elica.
DA STAMPO PER DIRIGERE
LA SINTESI DEL NUOVO FILAMENTO.
(REPLICAZIONE SEMICONSERVATIVA)
SEMICONSERVATIVA)
Esperimento di Meselson e Stahl
N15
N15 + N14
N14
N15 + N14
1° PACCHETTO DI ENERGIA:
Idrolisi dei nucleosidi trifosfato con
Liberazione di PPi e Nucleosidi
monofosfati
2° PACCHETTO DI ENERGIA:
Idrolisi del PPi
Perché il DNA subisca il processo di
replicazione sono necessari:
DNA polimerasi
DNA stampo
Precursori desossi-nucleotidi trifosfati
(dNTP)
Le due catene sono
antiparallele cioè i
due filamenti sono
orientati in direzione
opposta: uno
orientato in 5’-3’ e
l’altro in 3’-5’.
Gli scheletri di
zucchero fosfato si
trovano all’esterno
della doppia elica,
mentre le basi sono
orientate verso l’asse
centrale.
La doppia elica si separa in due filamenti ciascuno dei
quali si comporta da stampo per la sintesi di un nuovo
filamento
La replicazione del DNA in procarioti ed eucarioti
avviene con un meccanismo semiconservativo,
mediante il quale i due filamenti di DNA a doppia
elica
sono
separati
e
nuovi
filamenti
complementari sono sintetizzati sullo stampo di
ciascuna delle due eliche parentali
Gli enzimi che catalizzano la sintesi del DNA
sono chiamati DNA polimerasi
C si appaia con G
A si appaia con T
dNTP
Si forma un legame
fosfo-diesterico
La direzione della sintesi è
sempre 5’
3’
1 BOLLA DI REPLICAZIONE E 2 FORCELLE DI
REPLICAZIONE CHE AGISCONO IN DIREZIONI OPPOSTE
(ANDAMENTO BIDIREZIONALE DI SINTESI)
ELICASI E PROTEINE DI
SROTOLAMENTO
CONTRIBUISCONO
ALL’APERTURA DELLA
DOPPIA ELICA
TOPOISOMERASI I:
opera il taglio a livello
di uno solo dei due
filamenti di DNA.
TOPOISOMERASI II:
I tagli avvengono
a carico di entrambi
i filamenti.
DUPLICAZIONE NEI PROCARIOTI
INIZIO
L’INIZIO DELLA REPLICAZIONE NEI BATTERI AVVIENE AD OPERA
DEL RICONOSCIMENTO DI UNA SEQUENZA SPECIFICA DI DNA
(oriC) DA PARTE DELLA PROTEINA DI INIZIO dnaA
dnaA..
TALE INTERAZIONE DETERMINA L’APERTURA DELLA DOPPIA ELICA
IN UN SITO ADIACENTE RICCO IN A/T NEL QUALE INTERVENGONO
LE ELICASI
ELICASI..
QUESTE ULTIME SFRUTTANO UNA MOLECOLA DI ATP (PROCESSO
(PROCESSO
ATTIVO,, CON CONSUMO DI ENERGIA) PER CIASCUN GIRO DI
ATTIVO
ELICA SVOLTO.
INIZIO
SUCCESSIVAMENTE ALLE ELICASI AGISCONO LE
PROTEINE
CHE DESTABILIZZANO L’ELICA (HDP
HDP:: HELIX
DESTABILIZING PROTEINS
O SSB
SSB:: SINGLE STRAND BINDING PROTEINS).
TALI PROTEINE IMPEDISCONO CHE L’ELICA SI
RICHIUDA!
LA TOPOISOMERASI II CHE AGISCE NEI BATTERI
E’ DETTA GIRASI (E’ UNA TOPOISOM. DI TIPO II).
SSBP
Presenza di un PRIMER
Le DNA polimerasi non sono in grado di
iniziare la sintesi di un nuovo filamento, ma
hanno bisogno di una estremità 3’ OH
libera a cui unire il nucleotide entrante
Il primer è sintetizzato da una RNA
polimerasi chiamata
DNA primasi
DNA primasi
Primer di RNA
di 11 nucleotidi
circa
POLIMERIZZAZIONE
LE DNA POLIMERASI BATTERICHE SONO:
1) DNA POLIMERASI I
I;;
2) DNA POLIMERASI II;
II;
3) DNA POLIMERASI III
III;;
4) DNA POLIMERASI IV
IV;;
5) DNA POLIMERASI V
V..
POLIMERIZZAZIONE
LE DNA POLIMERASI PRINCIPALI (I, II E III) DEI BATTERI NECESSITANO
DI UN INNESCO (OLIGO DI RNA) SINTETIZZATO AD OPERA DI UN
ENZIMA (RNA POLIMERASI DNADNA-DIPENDENTE) DETTO PRIMASI
LA PRIMA DNA POLIMERASI AD AGIRE è
LA DNA POL III.
III. ESSA AGIRA’ IN MODO
“CONTINUO
CONTINUO”” A LIVELLO DEL FILAMENTO
LEADING E “DISCONTINUATIVAMENTE
“DISCONTINUATIVAMENTE”” SUL
FILAMENTO LAGGING
LAGGING.. QUANDO IN QUESTO
ULTIMO FILAMENTO LA POL III INCONTRA
L’INNESCO, INFATTI, INTERVENGONO LA DNA POL
I O LA POL II.
II. LA POL I HA ATTIVITA’ 5’5’-3’
ESONUCLEASICA!! NOTA: LA DNA POL III HA
ESONUCLEASICA
ATTIVITA’ 3’3’-5’ ESONUCLEASICA (E’ IL
CORRETTORE DI BOZZE)
BOZZE)
DNA polimerasi
ATTIVITA’ 3’
3’-5’ ESONUCLEASICA ((CORRETTORE
CORRETTORE DI
BOZZE)) DELLA DNA POL III
BOZZE
PROCESSIVITA’ : 5050-100 nt./sec. in Eucarioti;
Eucarioti;
500500
-1000 nt./sec. in Procarioti.
TASSO DI ERRORE : < 1nt./109 nt. aggiunti
La sintesi in un filamento è continua
nell’altro è discontinua.
Dove la sintesi è discontinua vengono
prodotti brevi tratti di DNA chiamati
frammenti di Okazaki
Replicazione semidiscontinua
La DNA polimerasi I
sostituisce l’innesco di
RNA con DNA
Azione della DNA Ligasi
Si forma un legame fosfodiesterico
Proteine principali coinvolte nella
sintesi del DNA
Elicasi
SSBP: single strand binding proteins
RNA polimerasi (DNA(DNA-dipendente)
DNA polimerasi
Topoisomerasi
SSBP
DNA polimerasi I
Elicasi
DNA polimerasi III
PROCARIOTI
(SCHEMA RIASSUNTIVO)
DUPLICAZIONE NEGLI EUCARIOTI
PRINCIPALI DIFFERENZE DELL’ORGANIZZAZIONE DEL DNA EUCARIOTICO
RISPETTO A QUELLO PROCARIOTICO:
1) CROMOSOMI MOLTO LUNGHI (2 x 106 nt. IN E. coli, CONTRO 2.5 x 109
nt. IN H. sapiens);
2) PRESENZA DI NUCLEOSOMI;
NUCLEOSOMI;
3) DNA ORGANIZZATO LINEARMENTE.
LINEARMENTE.
NONOSTANTE LE MAGGIORI DIMENSIONI DEI CROMOSOMI EUCARIOTICI
E LA MAGGIORE LENTEZZA CON CUI AVVIENE LA POLIMERIZZAZIONE
DI NUOVO DNA NEGLI EUCARIOTI RISPETTO AI PROCARIOTI, I TEMPI
DI DUPLICAZIONE DI UN INTERO GENOMA EUCARIOTICO SI AGGIRANO
INTORNO ALLE 66-8 ORE. CIO’ GRAZIE ALL’APERTURA DELL’ELICA
REPLICONI).
).
DI DNA IN PIU’ PUNTI CONTEMPORANEAMENTE ((REPLICONI
LE DUE FORCELLE DI
REPLICAZIONE DI UNA
BOLLA PROCEDONO
IN SENSO CENTRI=
FUGO RISPETTO
ALL’ORIGINE DI RE=
PLICAZIONE, FINO
AD INCONTRARSI.
TUTTE LE POLIMERASI EUCARIOTICHE (AD ECCEZIONE DELLA β) HANNO
ATTIVITà 3’3’-5’ ESONUCLEASICA!
INIZIO
L’INIZIO DELLA REPLICAZIONE NEGLI EUCARIOTI E’ ASSICURATO DALLA
ATTIVITA’ CONGIUNTA DI UN COMPLESSO PRIMASI/DNA POL α.
IN QUESTO MODO VIENE POLIMERIZZATO L’INNESCO ED UN PICCOLO
TRATTO DI DNA.
IL FATTORE DI REPLICAZIONE C (RF(RF-C)
C),, INSIEME CON L’ANTIGENE
NUCLEARE DI PROLIFERAZIONE CELLULARE (PCNA),
(PCNA), ATTRAVERSO UN
PROCESSO ATPATP-DIPENDENTE, FAVORISCE LO SLOGGIAMENTO
DEL PRECEDENTE COMPLESSO A FAVORE DEL LEGAME DELLA POL δ,
PRINCIPALE ENZIMA AGENTE SIA SULLA CATENA LEADING CHE LAGGING.
LAGGING.
QUEST’ULTIMA POLIMERASI E’, DUNQUE, L’EQUIVALENTE
DELLA POL III BATTERICA
BATTERICA!!
POLIMERIZZAZIONE
LA RIMOZIONE DEGLI INNESCHI VIENE
EFFETTUATA GRAZIE AD UNA
RNasi H.
LA SALDATURA DEI VARI FRAMMENTI DI
OKAZAKI AVVIENE GRAZIE
LIGASI!!
ALLA LIGASI
IL MODELLO FIN’ORA PIù
ACCREDITATO DI RIPARTIZIONE
DEGLI ISTONI DURANTE LA
DUPLICAZIONE DEL DNA è
QUELLO CONSERVATIVO
CONSERVATIVO..
GLI OTTAMERI VECCHI, CIOè,
CIOè,
CONSERVEREBBERO LA LORO
IDENTITA’!
La replicazione alle estremità dei cromosomi
5’
3’
3’
5’
Cromosoma parentale
Replicazione
5’
3’
3’
5’
5’
+
3’
3’
5’
5’
3’
3’
5’
interruzione
+
interruzione
5’
3’
3’
5’
Dopo la replicazione i nuovi
segmenti di DNA hanno primer di
RNA all’estremità 5’
I primer di RNA sono rimossi,
lasciando interruzioni ai
telomeri
Telomerasi
La Telomerasi è un complesso
ribonucleoproteico costituito dalla trascrittasi
inversa (componente proteica) [TERT
[TERT::
Telomerase Reverse Transcriptase
Transcriptase)]
)] e da un
RNA stampo [TERC
[TERC:: Telomerase RNA
Component]]
Component
Aggiunge ripetizioni telomeriche alle estremità
dei cromosomi, prevenendo la perdita dei
telomeri dovuta ai continui cicli di replicazione
La replicazione alle estremità dei cromosomi
α
LA TELOMERASI E’ ASSENTE NELLE
CELLULE SOMATICHE,
SOMATICHE, E’ PRESENTE
NELLE CELLULE GERMINALI
GERMINALI,, SI RIATTIVA
NELLE CELLULE CANCEROSE (STAMINALI
DEL CANCRO). IL NUMERO DI DIVISIONI
DI UNA CELLULA NORMALE DIPANDE
DALLA LUNGHEZZA DEI TELOMERI.