Come avviene la duplicazione del dna; Secondo un modello semiconservativo, in cui la molecola si apre a libro e ciascuno dei due filamenti funge da timbro per gli altri due filamenti complementari, ciascuna delle due molecole figlie è composta da un filamento vecchio e da un filamento nuovo, il si verifica la duplicazione del DNA. La replicazione del DNA è uno degli eventi più importanti nel ciclo di vita della cellula e ciò che sorprende di più è che si verifica ogni volta con la stessa accuratezza meticolosa. I sistemi di replicazione sono così accurati che il margine di errore stimato per questo processo è di circa un nucleotide ogni 1009 nuovi nucleotidi che vengono aggiunti.
In termini di analogia, il ruolo svolto dalla replicazione del DNA è simile a quello della ristesura di un testicolo: entrambi hanno la responsabilità di garantire la riproduzione dell’informazione genetica; in altre parole, entrambi consentono al nostro corpo di comunicare nella stessa lingua e di essere letto allo stesso modo in qualsiasi momento.
Affinché la polimerasi possa procedere alla replicazione
Del DNA, è necessaria la presenza di un innesco che serva da punto di partenza per l’enzima. L’innesco è indicato come un primer ed è sintetizzato dall’enzima “primasi”. È un breve filamento di RNA che viene utilizzato nella replicazione del DNA nelle cellule viventi. L’unione del primer e del filamento da sintetizzare viene definita “unione innesco-stampo” o “unione del modello di primer”.
La quantità di nucleotidi al secondo che la polimerasi è in grado di accumulare durante la replicazione del DNA è misurata da un parametro noto come “processività”. La DNA-polimerasi che è definita processiva può aggiungere fino a 1000 nucleotidi al secondo perché rimangono attaccati al DNA; I DNA-polimerasi che non sono definitivi processi, d’altra parte, possono aggiungere solo un nucleotide al secondo perché smettono di funzionare ogni volta che viene introdotto un nuovo dNTP.
La classificazione degli inibitori della DNA polimerasi
In realtà, non esiste una singola DNA polimerasi poiché, in base al fatto che la replicazione del DNA avviene negli eucarioti o nei procarioti, una varietà di enzimi appartenenti a varie famiglie sono coinvolti nella replicazione del DNA. Di seguito le principali categorie di polimerasi, come elencate nella tabella seguente:
Tabella annotata delle DNA polimerasi presenti in eucrioti e procarioti, nonché i rispettivi ruoli nella replicazione del DNA in questi organismi.
La seconda figura mostra un elenco alfabetico di tutti i DNA – polimerasi attivi negli organismi viventi.
Dalla tabella sopra si può vedere che alcune DNA polimerasi sono dotate di “attività di correzione di bozze”. Questo meccanismo opera solo nella direzione di 3′-5′ ossia, che è l’opposto polare della direzione in cui l’enzima è polimerizzato.
Quando il polimerasi rileva un mismatch (appaiamento errato), riduce la velocità con cui elabora i dati, lasciando il primo template con meno affinità di prima. Ciò favorisce la rimozione del nucleotide errato e l’inserimento della base corretta.
In generale, tra tutti gli enzimi corrispondenti allo schema precedente, quelli che contribuiscono maggiormente alla replicazione del DNA sono i “polimerasi a, d ed e” (non processivi) nel caso degli eucarioti e il “polimerasi III” (molto processuale) nel caso di procarioti.
Di conseguenza, i morsetti scorrevoli (che possono essere trovati sia negli eucarioti che nei procarioti) sono necessari per evitare che il DNA si impigli con la struttura filamentosa. Per la presenza di acqua, queste molecole proteiche sono trattenute in posizione da un elemento noto come “caricatore delle pinze scorrevoli”, che permette loro di corrodere per tutta la lunghezza la struttura della molecola nucleica acida. La processività di replicazione è notevolmente accresciuta dall’uso di morse scorrevoli dal punto in cui le polimerasi sono al loro massimo adattamento allo stampo.
In assenza di eventi di replicazione del DNA, nessun gene sarebbe in grado di esprimersi nel linguaggio degli azotati e, di conseguenza, nessuna informazione relativa al materiale di cui siamo composti potrebbe essere espressa o trasmessa. Tuttavia, se non ci fossero eventi di replica, non ci sarebbe vita sul pianeta.
Il sistema DNA-polimerasi
Questo enzima è senza dubbio l’attore più importante nel processo di replicazione del DNA. Il compito che il DNA-polimerasi deve svolgere è noto come “polimerizzare”, che si riferisce al processo di aggiunta di nuovi nucleotidi al filamento di DNA che si sta formando. I nucleotidi appena aggiunti sono i dNTP (deossinucleotidi trifosfato), che sono nucleotidi che includono tre diversi tipi di fosfato.
Ogni volta che un nucleotide viene integrato nella polimerasi, due dei tre gruppi fosfato che compongono il nucleotide vengono rilasciati e l’altro rimane legato alla base azotata. Ciò è dovuto al fatto che due dei tre gruppi fosfatici vengono liberati e l’altro rimane legato alla base azotata. È perché la replicazione del DNA comporta un’altra reazione chimica che essoè considerato termodinamicamente favorevole al rilascio del pirofosfato.
I sistemi di controllo della DNA-polimerasi sono tra i più avanzati al mondo.
Per garantire che l’appaiamento corretto venga rilevato e analizzato, DNA-polimerasi si basa principalmente su tre diversi tipi di controllo:
Posizione dei nucleotidi nell’entrata: L’enzima distingue tra la geometria dell’appaiamento e la correttezza del nucleotide nell’entrata. In altre parole, quando viene applicata la corretta applicazione della forza, le basi vengono poste in una posizione spaziale e geometrica ottimale, consentendo all’enzima di entrare in modo preciso nel sito catalitico. Quanto sopra è un esempio di selezione cinematografica, che può essere trovata negli enzimi che aumentano notevolmente la velocità del processo solo quando è disponibile il substrato corretto.
Altre funzioni dell’enzima includono la distinzione tra nucleotidi che appartengono al DNA e quelli che appartengono all’RNA, nonché la distinzione tra nucleotidi che appartengono al DNA e quelli che appartengono all’RNA. Un’esclusione sterica si ottiene attraverso l’uso di questo tipo di controllo: solo quando un dNTP è presente nel sito catalitico, il 3’OH e il fosfato del nucleotide entrano in contatto e consentono la polimerizzazione.
Sia il nucleotide in entrata che lo stesso filamento di DNA sono contrassegnati da cariche negative per la presenza di fosfati; nello stesso momento in cui hanno la stessa carica, il dNTP e l’acido nucleico possono reagire e impedire che si verifichi la polimerizzazione. La polimerizzazione non è possibile se il negativo della carica non è presente al momento dell’iniziazione. Di conseguenza, nel sito catalitico della polimerasi sono presenti cationi bivalenti (magnesio o zinco), che inibiscono la formazione di cariche negative, consentendo lo sviluppo dei due enzimi coinvolti nella replicazione del DNA.
Il DNA-polimerasi ha una struttura paragonabile a quella di una mano semichiusa, ed è per questo che sono stati individuati tre distinti domini, a ciascuno dei quali è stato assegnato un nome di una sola lettera:
Il palmo è costituito da b-foglietti e contiene gli elementi che compongono il sito catalitico dell’enzima (noto anche come sito catalitico). Il compito assegnato a questo dominio è quello di garantire che il corretto appaiamento avvenga tra basi azotate, e lo fa interferendo con il filamento di DNA minore solo in caso di corretto appaiamento.
Dita: i residui amminoacidi di Arginina, Lisina e Tirosina vengono combinati per produrre un composto dominante. Quando viene introdotto il dNTP, il dita promuove la polimerizzazione, che inizia quando il dita ruota il filamento stampato di 90 gradi per avvicinare il nucleotide che deve essere introdotto.
Il precursore del replicatore
Di conseguenza, affinché avvenga la replicazione del DNA, l’acido nucleico deve essere organizzato in un singolo filamento per consentire l’interazione con i complessi di replicazione del DNA. L’enzima elicasi è responsabile della separazione dei filamenti nel corpo.
Le elicasi sono proteine esameriche che, utilizzando l’energia prodotta dagli idrolisi di ATP, separano i due filamenti di DNA, determinando la formazione di due ssDNA (DNA a singolo filamento). È composto da nove subunità, ciascuna delle quali è responsabile della formazione dello scheletro del filamento di DNA e di due metaboliti molecolari, consentendo all’enzima di interagire con l’acido nucleico acido sul sito catalitico dell’enzima.
Pollice: ha la responsabilità di mantenere la polimerasi nella giusta posizione mentre interagisce con il DNA di nuova sintesi.