La replicazione del DNA è il processo con cui una cellula copia il proprio DNA prima della divisione. L’idea chiave è semplice: i due filamenti originali si separano, ciascun filamento guida la costruzione di un filamento complementare e la cellula si ritrova con due molecole di DNA invece di una.
Questo è importante perché le nuove cellule devono ricevere le stesse istruzioni genetiche della cellula originale. Se la replicazione va storto, il DNA copiato può contenere cambiamenti che influenzano il funzionamento della cellula.
Perché la replicazione del DNA si dice semiconservativa
La replicazione del DNA si dice semiconservativa perché ogni nuova molecola di DNA contiene un filamento originale e un filamento appena sintetizzato.
Questo è il fatto fondamentale da ricordare. I vecchi filamenti non vengono scartati e la cellula non costruisce entrambi i nuovi filamenti senza uno stampo. Invece, la copia è guidata dalle regole dell’appaiamento delle basi: l’adenina si appaia con la timina e la citosina con la guanina.
Principali fasi della replicazione del DNA
La replicazione inizia quando la doppia elica si apre. La regione a forma di Y in cui il DNA viene svolto e copiato è la forcella di replicazione.
Le fasi principali sono:
- Elicasi separa i due filamenti originali.
- Primasi deposita brevi primer di RNA.
- DNA polimerasi aggiunge nuovi nucleotidi di DNA a un filamento in crescita.
- Ligasi sigilla gli spazi tra i frammenti di DNA.
Una condizione controlla tutto il resto del processo: la DNA polimerasi allunga un filamento solo nella direzione → . Poiché i due filamenti stampo scorrono in direzioni opposte, i due nuovi filamenti non vengono sintetizzati nello stesso modo.
Filamento guida e filamento ritardato
Il filamento guida viene sintetizzato in modo più continuo man mano che la forcella si apre.
Il filamento ritardato viene sintetizzato in brevi tratti chiamati frammenti di Okazaki. Questi frammenti vengono poi uniti tra loro.
Questa differenza non significa che un filamento sia più importante dell’altro. Dipende solo dal fatto che la sintesi del DNA deve rispettare la regola → .
Esempio svolto: costruire il filamento complementare
Supponiamo che un segmento di filamento stampo esposto sia:
Il filamento complementare sintetizzato su di esso sarà:
Questo esempio mostra due idee chiave. Primo, il nuovo filamento è complementare, non identico, al filamento stampo che sta copiando. Secondo, i filamenti scorrono in direzioni opposte, quindi la replicazione è antiparallela.
Se confronti il nuovo filamento con il filamento partner originale della doppia elica, le basi corrispondono. Per questo ogni filamento originale può aiutare a ricreare il partner mancante.
Errori comuni sulla replicazione del DNA
Pensare che entrambi i nuovi filamenti siano continui
Non è così. In una determinata forcella di replicazione, un nuovo filamento viene sintetizzato in modo più continuo, mentre l’altro viene assemblato in frammenti.
Pensare che la DNA polimerasi inizi da zero
Non è così. La DNA polimerasi ha bisogno di un punto di partenza già esistente, ed è per questo che prima serve un primer di RNA.
Confondere complementare con identico
Il nuovo filamento è complementare al suo stampo. Non è una copia lettera per lettera di quello stesso filamento stampo.
Supporre che la replicazione avvenga solo subito prima della mitosi
Nelle cellule eucariotiche, la replicazione del DNA è associata alla fase S del ciclo cellulare prima della mitosi o della meiosi. Nei procarioti la replicazione è altrettanto essenziale, ma l’organizzazione del ciclo cellulare è diversa.
Quando la replicazione del DNA è importante
La replicazione del DNA è centrale per la divisione cellulare, la crescita, la riparazione dei tessuti e la riproduzione. È anche una base della genetica, della biologia molecolare, delle biotecnologie e della medicina, perché molte domande su mutazione, ereditarietà e stabilità del genoma dipendono da come il DNA viene copiato.
Aiuta anche a capire perché i sistemi di correzione e riparazione sono importanti. La replicazione è molto accurata, ma non perfetta, quindi le cellule usano meccanismi aggiuntivi per ridurre gli errori di copia.
Prova un esercizio simile
Prova una tua versione con un breve filamento stampo di DNA. Scrivi un filamento indicando le estremità e , poi costruisci il filamento complementare e stabilisci quale lato di una forcella di replicazione imporrebbe una sintesi a frammenti.
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