REPLICAZIONE DEL DNA
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La replicazione (o anche duplicazione)
è il meccanismo molecolare attraverso
cui il DNA produce una copia di sé
stesso. Ogni volta che una cellula si
divide, infatti, l'intero genoma deve
essere duplicato per poter essere
trasmesso alla progenie.
Il meccanismo della replicazione è
complesso e richiede l'intervento di
numerosi enzimi e di proteine
iniziatrici.
Il processo di replicazione del DNA si
definisce semiconservativo: il doppio
filamento di DNA parentale funge da
stampo per la sintesi di due filamenti
figli complementari.
REPLICAZIONE DEL DNA
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In tale processo, il doppio
filamento di DNA si srotola e
ciascun filamento viene usato
come modello per la produzione
di un filamento complementare. Il
risultato finale è la produzione di
due copie identiche del materiale
genetico iniziale.
La scoperta della natura
complementare dei due filamenti
di DNA chiarì immediatamente
le modalità del processo
semiconservativo di
replicazione.
REPLICAZIONE DEL DNA
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La divisione cellulare, necessaria ad un
organismo per crescere, richiede una
duplicazione del DNA cellulare, in modo che
le cellule figlie possano avere la stessa
informazione genetica della cellula madre.
I due filamenti, infatti, sono separati e da
ognuno viene creato un filamento
complementare, ad opera di un enzima
chiamato DNA polimerasi.
Le basi presenti sul filamento figlio sono
determinate da quelle presenti sul filamento
parentale: è proprio attraverso questo
meccanismo che le cellule figlie presentano
genoma identico alla cellula madre (salvo errori
avvenuti durante il processo, che portano alla
comparsa di mutazioni).
REPLICAZIONI DEL DNA
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Per iniziare la replicazione, occorre anzitutto l'apertura della forca
replicativa, attraverso la parziale denaturazione del DNA a doppia
elica, portata a termine dalle elicasi e dalle single-strand-binding proteins
(SSBPs): le elicasi sono enzimi che separano attivamente i due filamenti
usando l'energia dell'ATP; le SSBPs sono in grado di mantenere la
denaturazione del DNA legandosi esclusivamente alle porzioni a
singolo filamento e stabilizzandole.
REPLICAZIONE DEL DNA
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Le DNA polimerasi soenzimi capaci di
costruire una nuova catena solo in
direzione 5’-3’.
La reazione della DNA polimerasi è
diretta dallo stampo, perché produce un
nuovo filamento di DNA
esattamente complementare ad uno
preesistente che funge, appunto, da
stampo.
La DNA polimerasi non è in grado di
iniziare la sintesi di un filamento ex
novo, mentre può allungare un
filamento polinucleotidico
preesistente.
REPLICAZIONE DEL DNA
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Un filamento (chiamato filamento veloce) può essere replicato in modo quasi
continuo, man mano che viene esposto, l'altro (filamento lento) risulta invece
disseminato da brevi filamenti di DNA di nuova sintesi (i frammenti di Okazaki),
ognuno dei quali presenta un innesco iniziale di RNA. I nuovi filamenti devono
essere quindi completati mediante la rimozione degli inneschi da parte di
endonucleasi e il riempimento degli spazi rimasti ad opera di polimerasi di
riparazione. Successivamente tutti questi frammenti di DNA di nuova sintesi
del filamento lento vengono legati dalle DNA ligasi.
LA SINTESI PROTEICA
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La sintesi proteica è il processo che
porta alla formazione delle proteine
utilizzando le informazioni
contenute nel DNA.
Si tratta di un processo piuttosto
complesso in cui intervengono vari
“attori”.
Nelle sue linee fondamentali questo
processo è identico in tutte le forme
di vita, sia eucarioti che procarioti.
Il processo comincia nel nucleo
(negli eucarioti) e termina nel
citoplasma.
Gli “attori” – Il DNA
Nel DNA sono contenute le
“istruzioni” per sintetizzare le
diverse proteine
Ogni “porzione” di
DNA che codifica per
una specifica proteina
è detta gene
Gli “attori” – L’RNA
Nella sintesi proteica interviene un altro
acido nucleico, l’RNA, presente in 3
forme diverse (ma a filamento singolo):
- l’RNA messaggero (mRNA)
- l’RNA ribosomale (rRNA)
- l’RNA transfer (tRNA)
L’RNA messaggero
l’RNA messaggero (mRNA) è una
singola catena lineare di RNA che fa da
tramite tra il nucleo e il citoplasma.
Contiene una copia “in negativo” del
gene.
L’RNA ribosomale
L’RNA ribosomale (rRNA) costituente
principale (insieme ad alcune proteine)
dei ribosomi, da cui il nome.
L’RNA transfer
L’RNA transfer (tRNA) è una particolare catena di RNA che
viene rappresentato bidimensionalmente come un trifoglio...
…mentre la struttura tridimensionale è decisamente più
complessa
Gli “attori” – Amminoacidi
La sintesi proteica richiede anche gli amminoacidi, cioè i
“mattoncini” che, assemblati in sequenza, costituiranno le
proteine.
Tutte le nostre proteine sono costituite da solo 20 tipi di
amminoacidi, un po’ come tutte le parole del nostro
vocabolario sono formate utilizzando 21 lettere dell’alfabeto
Ala
Cys
Asp
Glu
Phe
Alanina
Cisteina
Acido aspartico
Acido glutammico
Fenilalanina
Gly
His
Ile
Lys
Leu
Glicina
Istidina
Isoleucina
Lisina
Leucina
Met
Asn
Pro
Gln
Arg
Metionina
Asparagina
Prolina
Glutammina
Arginina
Ser
Thr
Val
Trp
Tyr
Serina
Treonina
Valina
Triptofano
Tirosina
Gli “attori” – Amminoacidi
Una sequenza di amminoacidi, come questa…
Gly
Ala
Met
Val
Tyr
… è un polipeptide.
Le proteine sono polipeptidi generalmente
molto lunghi e con un organizzazione anche
molto complessa.
Gli “attori” – Ribosomi
Le “fabbriche” cellulari di proteine sono i
ribosomi, piccoli organuli costituiti da due
subunità
I ribosomi, sono costituiti da rRNA e proteine