Parte 1 6 26 Biologia applicata, Biotecnologie, Agroambiente La continuità dei viventi Per assicurare la continuità della specie, tutti gli organismi e ogni cellula dell organismo devono trasmettere ai loro discendenti: 1. informazioni che mantengano le caratteristiche del genitore; 2. materiali necessari alla prole per sopravvivere e utilizzabili per trasmettere le caratteristiche della specie. Perché possa avvenire l esatta trasmissione da una cellula alle sue discendenti dell informazione genetica, è necessario anzitutto che il DNA si duplichi e che il citoplasma si ripartisca in parti uguali nelle cellule figlie in modo tale che queste siano provviste anche di tutti gli organuli, le sostanze nutritive, gli enzimi di cui abbisognano. La sequenza completa dell attività della cellula costituisce il ciclo cellulare. La replicazione del DNA La replicazione (o duplicazione) è il meccanismo molecolare attraverso cui si produce una copia del DNA cellulare [ 28 ]. 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. L enzima DNA-elicasi ha il compito di separare i due filamenti rompendo i ponti a idrogeno che tengono unite le basi azotate complementari. Si origina una struttura a Y, detta forcella di replicazione, che permette l esposizione delle basi dei due filamenti di DNA (filamentigenitori o parentali) su ciascuno dei quali, altri enzimi, Adenina A Guanina G le DNA-polimerasi, legano nuovi nucleotidi complementari [ 29 ]. Nei procarioti esistono cinque classi di DNApolimerasi, negli eucarioti un numero molto più elevato. Le DNA polimerasi controllano che l attività di appaiamento delle basi sia avvenuta correttamente e se vengono individuati errori nel processo di duplicazione tornano indietro a correggerli. Le DNA polimerasi sono in grado solo di aggiungere nucleotidi a una catena preesistente e necessitano di un innesco, cioè di una breve sequenza di RNA con un gruppo ossidrilico libero in posizione 3 -OH (RNA primer) da cui partire per sintetizzare il nuovo filamento. Gli RNA primer vengono sintetizzati all inizio della replicazione da enzimi chiamati primasi (RNA polimerasi). Entrambe le catene di DNA parentale fanno da stampo per la sintesi della nuova molecola di DNA che avviene necessariamente in direzioni opposte, essendo i due filamenti antiparalleli. La sintesi del filamento in direzione 5 -3 , detto filamento veloce (leading strand) o filamento leader, avviene in modo continuo, senza interruzioni poiché la DNA polimerasi avanza nella stessa direzione dell elicasi. L altro filamento, detto filamento lento invece, viene sintetizzato in modo discontinuo in quanto la DNA polimerasi non funziona in direzione 3 -5 e si formano tanti piccoli filamenti chiamati frammenti di Okazaki. Questi successivamente vengono saldati tra loro dall enzima DNA ligasi mentre i primers di RNA vengono rimossi e sostituiti da analoghi filamenti di DNA da un enzima della famiglia delle DNA polimerasi. Nei batteri la replicazione inizia da un unico sito all interno del cromosoma, mentre negli eucarioti la duplicazione del DNA avviene contemporaneamente in più punti della molecola. Nuovo filamento 39 59 DNA polimerasi Catena madre Timina T Citosina C 39 DNA elicasi 39 59 Filamento guida 59 Forcella di replicazione II 59 Nuovo filamento I Filamento copia 39 59 29 Evidenziazione della struttura a Y forcella di replicazione dove avviene la duplicazione del DNA. Catene figlie 0080.Parte1_Cap_01.indd 26 28 Una molecola di DNA comincia a despiralizzarsi per opera di un enzima che scorre sulla doppia elica; i due filamenti di nucleotidi complementari si separano, un altro enzima preleva i nucleotidi necessari dall ambiente cellulare, scorre sui filamenti del DNA e costruisce i filamenti ad essi complementari. 26/02/21 16:53