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detti punti di
origine della duplicazione
, che determinano
dove e quando essa deve avvenire.
Questi sono costituiti da sequenze di basi molto ricche
in adenina (A) e timina (T) che rendono la doppia elica più
facilmente denaturabile: tra queste basi, infatti, si instaurano
due legami a idrogeno contro i tre che legano la guanina (G)
e la citosina (C).
Inoltre, tali sequenze rappresentano una zona di rico-
noscimento per una proteina specifica capace di piegare il
DNA in modo alquanto drastico, mettendo in tensione i due
filamenti della doppia elica.
Tuttavia, per ottenere la separazione dei due filamenti
complementari in vivo e alle temperature fisiologiche, è ri-
chiesto l’intervento dell’enzima
DNA-elicasi
che si lega alle
proteine iniziatrici, insinuandosi tra le due catene e favoren-
done così l’apertura grazie all’energia fornita dall’ATP. I due
filamenti a elica singola che devono fungere da stampo forma-
no un occhiello detto
bolla di replicazione
. Ciascuna bolla è
formata da due
forcelle di replicazione
a forma di Y, zone in
cui i nuovi filamenti si allungano. Le due forcelle si allontana-
no dall’origine in direzioni opposte; quando le due forcelle si
incontrano, essendo il cromosoma circolare, la duplicazione di
DNA è terminata.
L’allungamento procede in modo
diverso nei due filamenti
In presenza dei due filamenti stampo l’enzima
DNA-poli-
merasi
avvia la sintesi di due nuovi filamenti di DNA per
po-
limerizzazione di nucleotidi attivati
complementari a quelli dei
filamenti parentali. La sintesi può avvenire, comunque, solo
se sono rispettate
due condizioni
poste dal modo di procedere
della DNA-polimerasi stessa (
fig. 15
):
•
necessità di un
innesco
per avviare la sintesi. L’enzima
DNA-polimerasi può aggiungere nucleotidi solo a nucle-
otidi già appaiati correttamente sullo stampo: l’inizio della
duplicazione è pertanto condizionato dalla presenza di un
innesco (
primer
), un insieme di 10 nucleotidi di RNA;
•
polarità
delle catene che formano la doppia elica da dupli-
care. Nella doppia elica i due filamenti sono
antiparalleli
,
cioè decorrono uno in direzione
5’
→
3’
e l’altro in direzione
3’
→
5’
e ciò influisce sulle modalità di duplicazione.
L’enzima DNA-polimerasi aggiunge nucleotidi solo
all’estremità 3’ dove è presente un gruppo –OH, per cui
il nuo-
vo filamento può allungarsi solo in direzione 5’
→
3’
. Quando la
DNA polimerasi si posiziona sulla forcella di replicazione trova
un filamento sistemato nella giusta direzione, per cui lo duplica
in modo continuo nella direzione obbligata 5’
→
3’ man mano
che la forcella avanza esponendo nuovi nucleotidi: questo
filamento è detto
guida
o
anticipato
. Legami a idrogeno si
formano con la base del filamento.
L’altro filamento che ha polarità opposta richiede un mec-
canismo più complesso, dovendosi allungare in direzione op-
posta alla forcella di replicazione: viene quindi sintetizzato a
pezzetti, detti
frammenti di Okazaki
, man mano che l’avan-
zamento della forcella espone nuovi tratti del filamento stampo.
La duplicazione del DNA negli eucarioti è
più lenta ma altrettanto accurata
Negli eucarioti la duplicazione avviene nel corso della
fase
S
del
ciclo cellulare
, prima della mitosi (o della meiosi
nel caso delle cellule che originano i gameti). Ogni cellula del
nostro corpo possiede
46 cromosomi
, quindi 46 molecole
di DNA per un totale di 6 miliardi di paia di basi, quantità
1.000 volte più abbondante di quella dei batteri. Nell’uomo e
negli altri mammiferi vengono aggiunti circa 50 nucleotidi al
secondo, contro gli 800 nei procarioti: affinché il processo di
duplicazione venga completato, occorrono poche ore: il tutto
avviene con pochissimi errori.
C
apitolo 12
j
Le basi molecolari dell’ereditarietà
17
Fig. 15
Fasi della duplicazione del DNA nel batterio
Escherichia
coli
. Le proteine SSB si legano ai due filamenti singoli, stabilizzan-
doli. La DNA girasi impedisce l’avvolgimento del DNA alla base
della forcella.
Fig.11.10 replica DNA
proteina
iniziatrice
origine
DNA
parentale
elicasi
ATP
ADP+P
forcella di
replicazione
5´
3´
5´
3´
5´
3´
5´
5´
3´
5´
3´
5´
3´
5´
3´
5´
3´
5´
DNA polimerasi
DNA ligasi
DNA polimerasi
primasi
elicasi
girasi
SSB
4 3
2
La DNA polimerasi elimina l’innesco
frammento
di Okazaki
1
2
3
6
5
4
3
DNA polimerasi
filamento
ritardato
filamento
anticipato
primasi
DNA
girasi
proteine SSB
2
1
1
Animazione
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