Replicazione del DNA

Il DNA ha la capacità di produrre in maniera semplice e diretta copie di se stesso. I due filamenti di una doppia elica madre possono essere separati fra loro in un processo di denaturazione (rottura dei legami idrogeno trasversali) e ciascuno di essi guida la sintesi di un nuovo filamento complementare, con la formazione di due doppie eliche figlie identiche a quella iniziale. Questa caratteristica permette al DNA di costituire il materiale ereditario di tutte le cellule viventi. Ogni molecola di DNA è trasmessa da una generazione all’altra dopo la sua replicazione, che avviene in una fase del ciclo cellulare detta fase S. Cellule che non si dividono, come i neuroni, non replicano il loro DNA.
Il processo di replicazione del DNA (detto semiconservativo) avviene attraverso tre fasi:

1. apertura della doppia elica (o denaturazione). Le due catene della molecola originaria si separano, lasciando disaccoppiate le basi azotate di ciascuna di esse;
2. appaiamento di nucleotidi liberi. I nucleotidi trifosfato ricchi di energia, ATP, CTP; GTP, TTP presenti nel nucleo della cellula vanno a fronteggiare quelli dei due filamenti separati, posizionandosi al livello corretto secondo la regola delle basi complementari;
3. polimerizzazione o unione delle nuove basi azotate delle nuove catene. L’enzima DNA polimerasi lo lega al precedente con modalità testa-coda, formando un nuovo filamento che andrà a fronteggiare quello che funge da stampo. Questo processo avviene per ciascuno dei due filamenti originali separati, formando alla fine dell’intero processo, due molecole di DNA fra loro uguali. L’energia necessaria al legame di ciascun nucleotide deriva dall’idrolisi di due gruppi fosfato portati dallo stesso nucleotide. Il terzo gruppo fosfato rimane legato ed è
4. inglobato nella struttura del DNA.

 Struttura del DNA e schema della forcella di replicazione

Trascrizione
All’interno delle sequenze nucleotidiche di ciascun cromosoma sono contenuti i messaggi genetici portati dai geni, formati da segmenti di DNA con lunghezza variabile da 1.000 a 200.000 nucleotidi. I geni non costituiscono tutto il DNA cromosomico, ma solo una sua piccola parte, e hanno la caratteristica comune di essere trascritti, cioè di originare molecole di RNA, nel processo generale di espressione genica. Grazie all’espressione dei propri geni, ogni cellula può sintetizzare tutte le proteine necessarie allo svolgimento delle proprie funzioni vitali. Perché ciò avvenga, il messaggio genetico è prima trascritto (nel nucleo) e poi tradotto (nel citoplasma).
Nel processo della trascrizione, sono prodotti tre tipi di RNA: RNA messaggero, RNA ribosomiale ed RNA di trasferimento o transfer (presente in circa 20 tipi diversi e ognuno di essi lega uno specifico aminoacido necessario alla sintesi proteica).
L’RNA messaggero (mRNA) reca l’informazione necessaria per produrre, nella fase successiva di traduzione, una determinata proteina, mentre sia l’RNA ribosomiale (rRNA) che l’RNA di trasferimento (tRNA) intervengono nel processo di traduzione dell’informazione dall’mRNA alla proteina. I tre tipi di RNA hanno una composizione simile a quella del DNA, ma differiscono da quest’ultimo per 4 aspetti:
lo zucchero presente nei nucletotidi dell’RNA è il ribosio;
le molecole di RNA contengono la base azotata uracile (U) anziché la timina;
l’RNA è costituito in genere da un solo filamento nucleotidico;
le molecole di RNA sono molto più corte di quelle di DNA.
La trascrizione avviene nel corso del ciclo cellulare, quando i cromosomi sono dispersi nel nucleo a formare la cromatina. Il processo avviene in maniera simile alla replicazione, grazie all’apertura localizzata della doppia elica e alla sintesi di una catena di RNA complementare a una sola delle due catene di DNA che funge da stampo, ed è catalizzato dall’enzima RNA polimerasi. La presenza e attività di proteine dette fattori di trascrizione, che legano il DNA mediante il riconoscimento di determinate sequenza nucleotidiche, permettono all’RNA polimerasi di posizionarsi sulle regioni promotrici o promotori dei geni e iniziare la trascrizione. Il promotore è una sequenza segnale, posta all’inizio di ogni gene, che guida l’azione dell’RNA polimerasi, permettendole di selezionare il filamento di DNA da utilizzare come stampo e il punto dal quale iniziare la sintesi dell’RNA. Quando la trascrizione è iniziata, essa continua fino a che l’RNA polimerasi incontra altre sequenze che segnalano la terminazione del processo.