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SEZIONE
DNA ed espressione genica
Questo processo avviene grazie a un particola-
re enzima: la
DNA polimerasi
, capace di legare i
diversi nucleotidi tra loro, utilizzando come stam-
po la sequenza delle basi presenti su ciascuno dei
filamenti complementari .
È importante sottolineare che i due filamenti
sono avvolti in senso antiparallelo: un po’ come
le direzioni del traffico in una strada a doppio
senso. Ciascun filamento di DNA è infatti dotato i
due estremità dette, rispettivamente, 3
’
(“tre pri-
mo”) e 5
’
(“cinque primo”). I numeri corrispondo-
no alle posizioni occupate da particolari atomi di
carbonio nelle molecole di zucchero
.
L’estremità 3
’
termina con un gruppo ossidrile
(–OH), mentre all’estremità 5
’
è legato un gruppo
fosfato.
La DNA polimerasi può aggiungere nucleotidi
solo al gruppo –OH terminale, che si trova
all’estremità 3
’
del filamento in costruzione.
Quindi, dal momento che i due filamenti stampo
hanno direzione opposta, nella forcella di dupli-
cazione un filamento viene sintetizzato in modo
continuo,muovendosi in direzione 5
’
3
’
,verso il
punto di biforcazione. L’altro è assemblato sem-
pre dalla DNA polimerasi, ma allontanandosi dal
punto di biforcazione, in segmenti discontinui. I
3
2
vari frammenti sono uniti, in un secondo momen-
to, dall’enzima
DNA ligasi
.
Così, il processo di duplicazione del DNA ha
inizio con una molecola di DNA a doppio fila-
mento e termina con due molecole di DNA a dop-
pio filamento. In questo processo, chiamato
repli-
cazione semiconservativa
, ciascuno dei nuovi
doppi filamenti di DNA è formato da un filamen-
to della molecola originale e da un nuovo fila-
mento. Le due nuove molecole di DNA sono iden-
tiche tra loro e identiche alla molecola madre.Nel
1959, il biochimico americano Arthur Kornberg
ricevette il Premio Nobel per la scoperta del pro-
cesso di duplicazione del DNA nelle cellule batte-
riche.
Concetti e relazioni
La struttura del DNA può essere immaginata simile a una sca-
la di corda con gradini rigidi di legno avvolta intorno al pro-
prio asse. In questa analogia, quale parte della molecola di
DNA è rappresentata dai gradini rigidi? E quale dalla corda
arrotolata?
Perché la replicazione del DNA viene detta semiconserva-
tiva?
I geni sono sequenze
di nucleotidi che dirigono
la sintesi dei polipeptidi
All’inizio del Novecento, prima che Watson e
Crick scoprissero la struttura a doppia elica del
DNA,gli scienziati avevano osservato i cromosomi
e avevano ipotizzato l’esistenza di“entità”discrete
alla base dell’ereditarietà tra generazioni succes-
sive. Nel corso degli anni, tali unità vennero chia-
mate in molti modi diversi, finché un botanico
danese, Wilhem Ludwig Johannsen, utilizzò per
indicarle il termine
geni
.
Mentre diversi scienziati erano impegnati a
chiarire i meccanismi alla base dell’ereditarietà
(
sezione C
), altri erano attratti dalla biochimica.
Fra i tardi anni Quaranta e i primi anni Cinquanta
del Novecento,numerosi studi di biochimica stabi-
lirono che, all’interno delle cellule, le molecole
organiche vengono prodotte e demolite attraverso
diversi passaggi in sequenza e che ciascun passag-
gio è catalizzato da un enzima specifico.Ciascuna
di queste sequenze controllate a livello enzimati-
co costituisce una
via metabolica
(
sezione G
).
Nello stesso periodo, due genetisti americani,
George Beadle e Edward Tatum, ipotizzarono, per
la prima volta, che la funzione di ogni gene fosse
quella di controllare la sintesi o l’attività di un singo-
lo enzima.Nei loro esperimenti Beadle e Tatum uti-
lizzarono la comune muffa del pane:
Neurospora
crassa.
Essi studiarono colture di muffe preceden-
temente esposte ai raggi X. I raggi X inducono
cambiamenti nel materiale ereditario dell’organi-
smo (
mutazioni
), che si traducono nello sviluppo
di organismi anomali,detti
mutanti
. Alcuni di que-
sti organismi risultavano incapaci di produrre
determinati amminoacidi. Basandosi sulla cono-
scenza delle vie metaboliche di
Neurospora
, i due
scienziati fecero l’ipotesi che nella produzione di
questi amminoacidi fossero coinvolti enzimi spe-
cifici e che,nei mutanti,alcuni di essi non svolges-
sero il proprio compito.
Per valutare la loro ipotesi, Beadle e Tatum scel-
sero dei mutanti incapaci di sintetizzare l’ammi-
noacido arginina. I mutanti vennero poi messi in
un terreno di coltura contenente diverse sostanze
intermedie della via metabolica che porta alla sin-
tesi dell’amminoacido. E trovarono che, in questo
modo, l’organismo mutante era in grado di com-
pletare la via metabolica e produrre arginina,utiliz-
zando i precursori che si trovavano nel terreno di
coltura.
Che cosa sono i geni?
DNA
polimerasi
DNA
polymerase
DNA ligasi
DNA ligase
Flip
*IT
via metabolica
metabolic
pathway
gene
gene
Flip
*IT