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[Musica] eccoci qui alla quattordicesima lezione. Oggi parleremo della replicazione del DNA. Se non vi siete ancora iscritti al canale, iscrivetevi e non perdete le prossime lezioni.
Mentre la cellula si trova nell'interfase della divisione mitotica, come anche prima che avvenga la meiosi, si svolge il processo di replicazione del DNA, il quale coinvolge tutti i cromosomi e determina il raddoppio della molecola di DNA. La replicazione inizia nel momento in cui avviene l'inserimento dell'enzima DNA elicasi in un punto specifico del DNA, a partire dal quale la doppia elica inizia progressivamente a strutturarsi. Successivamente interviene un altro enzima, la DNA polimerasi, che prende contatto con uno dei due filamenti dell'acido nucleico nel punto in cui è avvenuta l'apertura: la forcella o bolla di replicazione, e dà avvio alla costruzione del filamento di DNA complementare, prendendo i nucleotidi liberi dall'ambiente cellulare circostante per poi unirsi fra loro.
In corrispondenza di una delle due eliche del DNA di partenza si ingenera un nuovo filamento, che presenta una precisa direzione di crescita, e cioè da 3' verso 5', in quanto la DNA polimerasi è capace di catalizzare unicamente l'aggiunta di nucleotidi a partire dall'estremità 3' del DNA. Ciascun filamento di DNA presenta un'estremità 3' e l'altra indicata con 5'. I due filamenti di DNA sono antiparalleli, ovvero ogni estremità 3' si lega con l'estremità 5'. L'immagine mostra il modello della replicazione del DNA. Si può notare che ognuno delle due catene di acido nucleico che si otterranno alla fine del processo conterrà un filamento originale e uno di neo-formazione. Per tale ragione, il meccanismo della replicazione è definito semiconservativo.
La replicazione avviene quindi in due tappe: la doppia elica del DNA, con l'aiuto di specifici enzimi, si disperde, si lisa e si rompono i legami idrogeno tra basi appaiate per permettere l'allontanamento dei due filamenti stampo per renderli disponibili all'appaiamento con nuove basi. I nuovi nucleotidi si uniscono a ciascun nuovo filamento in crescita secondo una sequenza determinata dall'appaiamento per complementarietà con le basi del filamento stampo. La formazione dei legami fosfodiesterici è catalizzata dagli enzimi DNA polimerasi. Le DNA polimerasi hanno delle caratteristiche importanti: la primasi si lega al filamento stampo e sintetizza un RNA primer. Quando il primer è completato, la primasi si viene rilasciata. La DNA polimerasi si lega e sintetizza il DNA. Le DNA polimerasi sono capaci di allungare un filamento con i nucleotidi, legando in modo covalente un nucleotide per volta a un filamento preesistente, ma non riescono ad iniziarne uno dal nulla; per questo serve un filamento di avvio, detto primer, un breve filamento a singolo di RNA sintetizzato dall'enzima primasi.
La sintesi del filamento che ha l'estremità 3' libera in corrispondenza della forcella procede in modo continuo; questo filamento è detto filamento veloce o guida. La sintesi del filamento lento procede in modo discontinuo e a ritroso, operando su segmenti, relativamente piccoli (100-200 nucleotidi per volta negli eucarioti e 1000-2000 nei procarioti). Il filamento lento si sintetizza nella direzione sbagliata. Mano a mano che la forcella si apre, la sua estremità 3' libera si allontana sempre di più dal punto di apertura, così che si viene a formare uno spazio vuoto non duplicato che sarebbe destinato a diventare sempre più ampio. Per risolvere il problema vengono prodotti brevi segmenti discontinui, detti frammenti di Okazaki, che poi vengono uniti insieme dall'enzima DNA ligasi con consumo di ATP. Una volta che la DNA polimerasi ha riempito gli spazi lasciati dalla rimozione dei primer, nei telomeri negli eucarioti, l'estremità dei cromosomi neo-sintetizzati (i telomeri) si accorciano ad ogni divisione perché, quando un frammento di Okazaki viene rimosso, l'ultimo primer e la polimerasi non è in grado di sintetizzare DNA per rimpiazzarlo. Negli esseri umani, la sequenza telomerica è TTAGGG ed è ripetuta circa 2500 volte. Ad ogni divisione cellulare si perdono circa 50-200 basi di DNA; per cui, dopo 20-30 divisioni, i cromosomi non sono più in grado di replicarsi e la cellula muore. Le cellule cellulari in grado di dividersi in modo continuo presentano un enzima chiamato telomerasi, in grado di conservare il DNA telomerico. Aspetto negativo è che la maggior parte delle cellule tumorali esprime la telomerasi, e questo consente alle cellule cancerose di continuare a proliferare. Alcuni farmaci antitumorali agiscono proprio in modo da contrastare l'azione della telomerasi.
Errori di duplicazione e correzioni: nel complesso meccanismo della duplicazione del DNA possono avvenire errori, oppure il DNA può essere soggetto a danni provocati da alterazioni chimiche naturali delle basi o da agenti ambientali. Le cellule dispongono di tre meccanismi di riparazione: correzione di bozze: durante la duplicazione del DNA, una base sbagliata può essere aggiunta alla catena in accrescimento. Le proteine del complesso di duplicazione tagliano immediatamente la base sbagliata; la DNA polimerasi aggiunge la base corretta e la duplicazione continua. Questa funzione è detta esonucleasica. Riparazione dei disappannamenti: durante la duplicazione del DNA è stata aggiunta una base inappropriata che è sfuggita al meccanismo di correzione di bozze. I prodotti del meccanismo di riparazione dei disappannamenti tagliano la base sbagliata e alcune basi adiacenti; quindi, le DNA polimerasi aggiungono le basi corrette. Riparazione per escissione: una base del DNA è danneggiata, perdendo la propria funzionalità. Le proteine del meccanismo di riparazione per escissione tagliano la base danneggiata insieme ad alcune basi adiacenti; la DNA polimerasi I aggiunge le basi corrette, replicando il breve filamento in direzione 5'-3'.
Questa lezione finisce qui. Ci vediamo alla prossima! Se vi è stata utile, lasciate un like e un commento. Ciao ragazzi! [Musica]