La generazione di una nuova cellula avviene sempre attraverso un processo di divisione cellulare, dove una cellula originaria che si divide fornisce tutti i materiali necessari per la costruzione di una cellula identica alla cellula madre. Ma prima di dividersi la cellula madre deve duplicare il proprio DNA per poter trasmettere le informazioni in modo completo.
Il DNA poichè è avvolto ad elica per potersi duplicare si despiralizza e si apre lungo la linea mediana come una cerniera lampo, quindi si rompono i legami a idrogeno, essendo deboli, che tenevano unite le basi azotate. L’enzima DNA elicasi si muove lungo i due filamenti in direzione 5′-3′ e separa i due filamenti.
I due filamenti man mano che si dividono , fungono da stampo, quindi i nucleotidi liberi, presenti nel nucleo, si appaiano ai nucleotidi complementari di ciascuno dei due filamenti. Dunque se sul filamento stampo vi è un nucleotide con base azotata T , potrà legarsi solo con il nucleotide con base azotata A e quindi C con G ; grazie a questo principio ogni filamento forma una copia esatta di se stesso.
La duplicazione inizia sempre da una specifica sequenza di nucleotidi , detta origine della duplicazione, che per iniziare ha bisogno di enzimi specifichi che spezzino i legami ad idrogeno delle basi azotate. Una volta separati i due filamenti delle proteine si attaccano ai filamenti per tenerli separati , i i nucleotidi presenti nel nucleo si appaiano con quelli del filamento stampo e la DNA polimerasi si occuperà di formale la nuova doppia elica.
La zona dove avviene la duplicazione è detta bolla di duplicazione, a entrambe l’estremità della bolla si forma la forcella di duplicazione e la duplicazione avviene in due direzioni opposte rispetto al punto di origine , quindi è detta bidirezionale. Quando i due nuovi filamenti di DNA saranno formati ognuno di essi sarà costituito da un filamento vecchio e uno nuovo, per questo tale processo è detto semiconservativo .
Quando inizia la duplicazione la DNA polimerasi comincia ad aggiungere i nuovi nucleotidi complementari a partire da una sequenza detta innesco o primer che viene inserita sullo stampo grazie all’enzima DNA primasi.
La DNA polimerasi poi si occupa di spezzare i legami dei gruppo fosfato dei nucleotidi per permettere l’unione, con liberazione di energia utile per unire i nucleotidi adiacenti.
La duplicazione può avvenire solo in direzione 5′ – 3′ , quindi per il filamento complementare al filamento con estremità 3′ 5′ non ci saranno problemi perchè si duplicherà in direzione 5′ – 3′ in modo ininterrotto cioè si allunga nella direzione in cui si sposta la forcella quindi è detto filamento guida. l’altro filamento essendo l’opposto sarà diverso infatti appaiandosi con il filamento stampo 5′- 3′ si dovrà allungare in direzione 3′ – 5′, quindi dovrà essere assemblato a ritroso ed è detto filamento in ritardo o lento e viene sintetizzato in modo discontinuo con singoli frammenti assemblati in direzione 5′ – 3′ che poi verranno collegati tra loro. Questi segmenti sono detti frammenti di Okazaki.
Sul filamento ritardo i primer a cui si deve legare la DNA polimerasi sono tanti e si trovano in prossimità della forcella di duplicazione. Dopo essere state utilizzate le sequenze innesco sono eliminate e sostituite con il nucleotide definitivo, i vari frammenti sono uniti tramite la DNA ligasi.
La DNA polimerasi ha anche la capacità di correggere alcuni errori come l’aggiunta di un nucleotide non corretto perchè non complementare al filamento stampo. Quindi l’enzima se ne accorge e inverte la propria direzione di marcia, rimuovendo i nucleotidi mal appaiati fino a quando non incontra uno appaiato in modo giusto. A questo punto la DNA polimerasi comincia nuovamente a muoversi nella giusta direzione . Questa capacità di riconoscere e rimuovere i nucleotidi sbagliati è detta proofreading (correzione di bozze).
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