La replicazione del DNA è un processo fondamentale nella vita di una cellula e per tutti quei meccanismi che riguardano l’ereditarietà. Per comprendere l’importanza di questo tema, ti basta pensare che il genoma non sarebbe trasmissibile da una cellula all’altra, o da un genitore a un figlio, se il DNA non avesse la capacità di replicarsi 🧫
I corsi ADT ti offrono:
- simulazioni illimitate con oltre 36.000 quiz ministeriali e tantissime modalità di esercitazione sulla nostra piattaforma Futura 💯
- chat diretta con il tuo tutor personale per ottenere supporto anche dopo l’orario di lezione 📚
- materiale di studio completo 📖
- lezioni in diretta e on demand con docenti qualificati ed esperti nella preparazione ai test 🧠
Nei prossimi scroll vediamo i processi e i protagonisti coinvolti nel processo di replicazione del DNA, in modo da comprendere come tale condizione si verifichi grazie a una serie di enzimi… Cominciamo 🧬
Cos’è il DNA: le caratteristiche principali
Prima di entrare nel vivo del processo di replicazione del DNA, è fondamentale iniziare introducendo alcune informazioni molto importanti che riguardano questo polimero organico a doppia catena.
Il DNA è una molecola formata da due filamenti, caratterizzati da una sequenza di nucleotidi.
La disposizione di questi filamenti dà vita a una doppia elica che gira verso destra (destrogira) ed è antiparallela.
Abbiamo accennato al nucleotide. Ma di cosa si tratta? In poche parole, è un elemento composto da un gruppo fosfato e da un nucleoside. Quest’ultimo, a sua volta, è caratterizzato da:
- zucchero pentoso 🧫
- base azotata (come la Citosina, la Guanina, la Timina o l’Adenina) 🧪
- desossiribosio ⚗️
Se osserviamo da vicino il nucleotide è possibile notare un legame fosfodiestere che si genera fra il desossiribosio e il gruppo fosfato (a livello del carbonio 5) e un ulteriore legame fra il carbonio 3 dello zucchero e il gruppo fosfato del successivo nucleotide.
Ecco quali sono le condizioni che permettono la creazione di uno scheletro caratterizzato da un insieme di fosfato e zucchero. Queste sono informazioni necessarie per poter comprendere, in modo chiaro, come avviene la replicazione del DNA, di cui adesso possiamo parlare nel dettaglio.
Il processo di replicazione del DNA: partiamo dal principio
Iniziamo con il chiarire sin da subito che per ottenere una copia del DNA bisogna riuscire ad accedere alla sequenza di basi azotate e alla doppia elica. Questo perché lo scopo di tale procedimento è quello di creare due coppie di eliche che abbiano al loro interno la medesima sequenza di nucleotidi.
Per poterci riuscire, è necessario aprire la doppia elica. In questo modo, sarà possibile utilizzare i due filamenti come una sorta di stampo che consente di dar vita a due filamenti complementari.
Ecco perché si dice, in gergo, che la replicazione è semi-conservativa: ogni elica, infatti, serve da stampo per sintetizzare il filamento complementare, così da ottenere due molecole di DNA composte, rispettivamente, da un filamento complementare e da uno stampo 🧬
Il tutto avviene rispettando la regola della complementarietà, cioè la Timina lega l’Adenina e la Guanina unisce la Citosina. Sicuramente, ti starai chiedendo come avviene l’apertura della doppia elica.
Ti rispondiamo subito dicendoti che a tal fine serve l’intervento di un particolare enzima, noto come DNA elicasi, che ha la funzione di inserirsi all’interno della doppia elica e di spezzare i legami idrogeno che consentono di tenere insieme le basi azotate complementari.
Per poter assolvere tale funzione, il DNA elicasi necessita di energia, che ottiene tramite l’idrolisi dell’ATP (Adenosina Trifosfato), considerata la più importante molecola energetica all’interno della cellula.
A proposito di questo enzima, ti diamo un’informazione piuttosto curiosa. È, infatti, composto da più pezzi, che vengono chiamati sub-unità. Alcune di queste servono a idrolizzare ATP, così da fare in modo che avvenga la modifica di conformazione della proteina. Quest’ultima, quando cambia forma, rompe i ponti di idrogeno.
È in questo modo che si riesce ad aprire l’elica e vengono esposte le basi azotate, che poi saranno appaiate insieme alle relative complementari 🤝
Con Futura hai tutto il materiale per la teoria insieme a uno strumento potente e versatile per prepararti al meglio con:
- simulazioni illimitate per cimentarti in esercitazioni personalizzate che si adattano ai tuoi progressi 💯
- archivio per monitorare i tuoi progressi e scoprire quali argomenti necessitano di ulteriore approfondimento 📚
- ALICE, il tutor virtuale di Accademia Dei Test, per ottenere spiegazioni personalizzate e suggerimenti mirati 🤖
Con Futura, hai la possibilità di esercitarti sui quiz ministeriali, ottimizzare il tuo tempo e massimizzare i tuoi sforzi.
Preparati con ADT, scopri l’offerta più adatta a te 🚀
Elicasi: l’enzima fondamentale per la replicazione del DNA
Prima di addentrarci sempre più nel processo di replicazione del DNA, è bene chiarire ancora più a fondo la funzione dell’elicasi.
Considera che un solo filamento di DNA ha una lunghezza pari a circa 1 metro e 20 centimetri. Sorge spontaneo chiedersi dove vada a piazzarsi l’elicasi 📍
Questo enzima si potrebbe posizionare nelle sezioni estreme della molecola, ma ciò non sarebbe proprio conveniente dato che sarebbe possibile replicare solo in due direzioni. Ecco perché si pone al centro della molecola, posizione che consente di ottenere più origini di duplicazione.
Dopo essersi piazzata, l’elicasi comincia a svolgere la doppia elica e forma quelle che viene conosciuta come bolla di duplicazione, che contiene al suo interno due direzioni verso le quali è possibile duplicare il DNA. La forcella è il punto in cui iniziano queste due differenti direzioni (considerando che si sono due forcelle, chiariamo ogni dubbio sottolineandoti che l’elicasi si dispone su entrambe).
Adesso, dunque, abbiamo due elicasi, che aprono l’elica nelle due forcelle di duplicazione. Considerando che svolgono la medesima azione, è sufficiente concentrarci solamente su una delle due.
Dopo l’apertura della doppia elica, ora è necessario che i due filamenti, che sono complementari e tanto vicini fra loro, non si uniscono nuovamente.
A evitare che ciò accada ci pensano delle specifiche proteine, chiamate Single Strend Binding Proteins (SSB Proteins). Quest’ultime evitano la chiusura della doppia elica.
Un binomio perfetto: topoisomerasi ed elicasi
A questo punto della nostra analisi sulla replicazione del DNA, ci troviamo di fronte a una problematica da risolvere. Mentre l’elicasi avanza dà vita a degli aggrovigliamenti all’interno della molecola, che non riesce a risolvere.
Quando ciò avviene e l’elicasi continua ad andare avanti, cercando di aprire l’elica la tensione meccanica potrebbe provocare la rottura della molecola.
Per farti comprendere meglio questo concetto, fai un semplice esperimento: prendi un elastico, attorciglialo dando la forma di un filamento di DNA e aprilo nella sezione centrale. Vedrai che si formeranno dei grandi avvolgimenti nelle parti laterali dell’elastico.
Ecco, questo è quello che avviene nei filamenti di DNA.
Per poter risolvere questa problematica, è necessario l’intervento di un enzima, chiamato topoisomerasi. Dopo aver posto rimedio alle difficoltà generate dall’elicasi, è possibile iniziare nel concreto la replicazione del DNA.
Come funziona la replicazione del DNA
Nell’azione di replicazione del DNA entra in gioco un enzima fondamentale per questo processo, chiamato DNA polimerasi, che sintetizza il nuovo filamento in direzione 5’-3’.
Cosa vuol dire? Che posiziona un nucleotide in maniera che si leghi a un nucleotide già piazzato, che presenta l’estremità sul 3’ libera.
La polimerasi legge il nucleotide proprio sulla catena stampo e procede posizionando il complementare, così da dar vita a dei legami fosfodiestere generati fra il nucleotide che fa già parte della catena e il nuovo che deve aggiungere.
Non dimenticare che questo legame che si forma è tra fosfato e zucchero ⚛️
Precisiamo, inoltre, che la DNA polimerasi svolge una doppia funzione. Infatti, può accadere che commetta un errore nel sistemare un nucleotide per discolpare l’enzima e succede che posizioni un nucleotide sbagliato che, a causa di alcuni processi, può essere mutato.
In questi casi, viene effettuata una correzione, conosciuta come attività di proofreading, che consiste nel tornare al passo precedente sostituendo il nucleotide che è stato inserito per errore. Tale attività è conosciuta con il nome di esonucleasica.
L’intervento del primer e il problema della DNA polimerasi
In questo processo che abbiamo descritto, sorge un problema. La DNA polimerasi non può cominciare l’attacco dei nucleotidi partendo da zero, ma deve agganciarsi a una sequenza precedentemente sintetizzata. Ma perché tutto ciò è necessario?
Immagina, per assurdo, il caso in cui la polimerasi inizi totalmente da zero; piazza il primo nucleotide e se questo fosse errato attraverso l’attività esonucleasica lo può togliere. Così facendo, però, rimarrebbe senza niente. Ecco che dovrebbe partire usando un enzima che non abbia un’attività esonucleasica, ovvero una RNA polimerasi (enzima che aggiunge ribonucleotidi).
La piccola parte di nucleotidi che vengono aggiunti appartengono a una sequenza conosciuta come primer, al quale la DNA polimerasi si legherà per poter sintetizzare nuovo DNA.
In tutto questo processo, però, scaturisce una problematica. La DNA polimerasi, come ormai sai bene, sintetizza in direzione 5’-3’. Questo vuol dire che solamente una delle due polimerasi andrà a seguire la direzione di apertura della molecola, ovvero quella dell’elicasi.
L’altra, invece, considerando che deve necessariamente sintetizzare sempre in 5’-3’, deve andare nella direzione opposta all’elicasi. E qual è la conseguenza di tutto ciò?
La prima DNA polimerasi, quella che segue l’elicasi, ha la possibilità di sintetizzare senza nessuna problematica e in maniera rapida e continua. L’altra, invece, si troverà di fronte a delle difficoltà. Per prima cosa, dirigendosi in direzione opposta all’elicasi sarà in ritardo. Infatti, parte e va nella direzione opposta rispetto alla forcella di replicazione, per poi essere costretta a tornare indietro e a sintetizzare la parte di DNA che è rimasta.
Il risultato è che la DNA polimerasi sintetizzerà in maniera discontinua e, ovviamente, meno veloce.
In più, ogni qual volta che la DNA polimerasi va indietro, non riesce a trovare un nucleotide che abbia un estremo 3’ a cui attaccarsi. A questo punto, deve obbligatoriamente entrare in gioco la RNA polimerasi, che deve sintetizzare un primer.
A questi due modi differenti di lavorare da parte dei filamenti è stato attribuito, dagli scienziati, un nome specifico. Il filamento sintetizzato in modo continuo viene chiamato filamento veloce o leading strand, l’altro è conosciuto come filamento lento o lagging strend.
Replicazione del DNA: ripasso completo con ADT
Come puoi vedere, conoscere i processi e i protagonisti dei processi di replicazione del DNA ti aiuta a capire meglio la biologia e a ragionare sull’argomento senza difficoltà 🧠
Per ripassare in modo approfondito tutti gli argomenti di biologia per il test facendo un po’ di pratica con gli esercizi, c’è Futura 💯
In più, se durante lo studio ti sorgono dubbi o domande, non esitare a chiedere spiegazioni o consigli. Unisciti alla nostra community Telegram con più di 6000 studenti per confrontati su esercizi e argomenti del test di ammissione 💬
