Duplicazione DNA

L’esistenza e il ruolo biologico del codice genetico furono dimostrati dieci anni dopo la pubblicazione del modello del DNA di Watson e Crick. La specificazione di un polipeptide da parte di una molecola di DNA avviene indirettamente, attraverso l’intermediazione di una molecola nota come RNA messaggero (mRNA). 

L’mRNA è una replica di una porzione di DNA, la quale si despiralizza e serve da stampo per la sintesi di questa molecola.

Trascrizione del DNA

Questo processo, chiamato trascrizione, è molto simile alla duplicazione del DNA, con la differenza che l’RNA come base complementare all’adenina (A) contiene uracile (U) al posto della timina (T).

Ribosoma

Mentre sta ancora avvenendo la trascrizione, l’mRNA inizia a staccarsi dal DNA. Al termine di questo processo, un’estremità del filamento della nuova molecola si inserisce, come il filo di una collana nella perla, in una struttura chiamata ribosoma. A mano a mano che il ribosoma scorre lungo l’mRNA, l’estremità del filamento si inserisce in un secondo ribosoma, poi in un terzo e così via. I ribosomi sono strutture di RNA e materiale proteico, deputate alla sintesi delle proteine.

Poliribosoma

Un insieme di ribosomi legato a una molecola di mRNA è detto poliribosoma o polisoma. Scorrendo lungo la molecola di mRNA, il ribosoma “legge” la sequenza delle basi azotate sull’mRNA. Questo processo prende il nome di traduzione e coinvolge un terzo tipo di molecola di RNA, chiamata RNA transfer (tRNA), che da una parte porta una tripletta di nucleotidi e dall’altra un amminoacido specifico, corrispondente alla tripletta.

Tripletta di nucleotidi

La tripletta di ciascun tRNA aderisce alla molecola di mRNA quando vi trova una tripletta complementare. Ad esempio, la sequenza uracile-citosina-uracile (UCU) sul filamento dell’mRNA viene occupata dal tRNA contenente la tripletta adenina-guanina-adenina (AGA). In contrapposizione alla tripletta dell’mRNA, che si chiama codone, quella del tRNA prende il nome di anticodone.
Gli amminoacidi portati dal tRNA nella sequenza specificata dall’mRNA vengono, quindi, legati l’uno all’altro sui ribosomi, a formare una nuova catena polipeptidica. Una volta terminata, la catena polipeptidica si libera dal ribosoma e assume la sua forma tridimensionale specifica, determinata dalla sequenza degli amminoacidi. La forma di un polipeptide e le sue proprietà chimico-fisiche, entrambe determinate dalla sequenza amminoacidica, sono responsabili dell’eventuale unione di questa molecola ad altre catene polipeptidiche, nonché della funzione della proteina nell’organismo.

Replicazione o duplicazione del DNA

Il meccanismo con cui il DNA produce copie di se stesso viene detto replicazione o duplicazione. La duplicazione del DNA avviene prima di ogni divisione cellulare, mitosi o meiosi, in modo che le cellule figlie ricevano ciascuna una copia del patrimonio genetico parentale. Per costruire una copia della molecola di DNA, i due filamenti della doppia elica si despiralizzano e si separano a livello dei legami idrogeno tra le basi; a questo punto, ciascun filamento funziona da stampo per l’assemblaggio di due nuovi filamenti complementari.

Per azione dell’enzima DNA polimerasi, su ogni base di ciascun filamento originario vengono appaiate basi azotate complementari. Si formano, così, due nuove doppie eliche, ciascuna costituita da un filamento vecchio e da uno nuovo (per questo motivo la reazione di duplicazione viene detta semiconservativa). Ciascun filamento di DNA è circa 100.000 volte più lungo del cromosoma che lo contiene. Ciò è dovuto alla condensazione della molecola di DNA, che si avvolge su particelle di natura proteica, chiamate nucleosomi, appena visibili con i più potenti microscopi elettronici. A sua volta, la struttura formata dal DNA e dai nucleosomi si avvolge ulteriormente su se stessa più volte, fino a raggiungere lo stato di condensazione tipico del cromosoma.

Duplicazione del DNA

Il DNA si duplica in modo che ciascuno dei due filamenti serva da stampo per un filamento complementare (modello semiconservativo), così che ogni cellula figlia riceva un filamento vecchio ed uno neosintetizzato.

I principali ingredienti necessari alla duplicazione del DNA sono:

•  elicasi (svolge la doppia elica rompendo i legami idrogeno fra le basi complementari usando una molecola di ATP per ogni giro di elica)
• proteine che destabilizzano la doppia elica, per evitare che il DNA si richiuda subito
• topoisomerasi (la variazione del numero di giri d’elica, dovuta alla torsione indotta dall’apertura dell’elica, determina la formazione di topoisomeri)
• emielica stampo (si forma la forcella di replicazione che, avanzando fornisce lo stampo su cui può essere sintetizzato l’innesco o primer, piccolo frammento di emielica, legato allo stampo con frammenti di idrogeno)
• innesco, necessario alla DNA polimerasi
• primasi (una particolare RNA polimerasi che non consente il distacco dell’RNA dal DNA)
• DNA polimerasi
• ligasi
• quattro desossiribonucleosidi trifosfati in 5’