Replicazione
Cos'é la replicazione del DNA?
La divisione cellulare, necessaria ad un organismo per crescere, richiede una duplicazione del DNA cellulare, in modo che le cellule figlie possano avere la stessa informazione genetica della cellula madre. La struttura a doppia elica del DNA permette un meccanismo estremamente semplice per la replicazione del DNA. I due filamenti, infatti, sono separati e da ognuno viene creato un filamento complementare, ad opera di un enzima chiamato DNA polimerasi. Con questo meccanismo, le basi presenti sul filamento figlio sono determinate da quelle presenti sul filamento parentale: è proprio attraverso questo meccanismo che le cellule figlie presentano genoma identico alla cellula madre (salvo errori avvenuti durante il processo, che portano alla comparsa di mutazioni). Tale tipo di replicazione, che porta a doppie eliche costituite da un filamento preesistente e uno neoformato è detta semiconservativa.
Come inizia la replicazione?
Per iniziare la replicazione, occorre anzitutto l'apertura della forca replicativa, attraverso la parziale denaturazione del DNA a doppia elica, portata a termine dalle elicasi che sono enzimi che separano attivamente i due filamenti usando l'energia dell'ATP.
Quindi i due filamenti di cui è composta la doppia elica si divaricano in modo da formare una forca (forchetta di duplicazione) a Y ai margini interni della quale si trovano esposte le quattro basi A,C,G,T, cioè le lettere che costituiscono i messaggi genetici (). A questo punto i nucleotidi 'attivati' che si trovano disciolti entro il citoplasma, entrano nel nucleo e vanno a disporsi ciascuno in corrispondenza della base complementare: a fronte della base A si colloca la base T, a fronte della base C si colloca la base G e viceversa.
A mano a mano che i monomeri assumono la corretta successione, appositi enzimi contenuti nell'apparato della replicazione li saldano in modo da formare nuovi filamenti che si allungano sempre più per il progressivo avanzamento della forca: l'energia occorrente alla polimerizzazione è fornita dal distacco dell'acido pirofosforico
Come agisce la DNA polimerasi?
La DNA-polimerasi duplica la doppia elica del DNA, in modo che le cellule figlie vengano dotate di corredi eguali e completi ; il processo è molto veloce: in un batterio a 37°C circa 300 nucleotidi vengono selezionati e messi al posto giusto nel giro di un secondo. Nonostante la velocità il funzionamento è assai preciso.
Le DNA polimerasi, sono enzimi capaci di costruire una nuova catena solo in direzione 5'-3', . La reazione della DNA polimerasi è diretta dallo stampo, perché produce un nuovo filamento di DNA esattamente complementare ad uno preesistente che funge, appunto, da stampo.
La precisione è dovuta al reciproco 'riconoscimento' delle molecole aventi struttura complementare , tuttavia La DNA polimerasi non è in grado di iniziare la sintesi di un filamento ex novo, mentre può allungare un filamento polinucleotidico preesistente.
In una cellula in replicazione, dunque, è indispensabile la presenza di un filamento preesistente (detto primer), che consiste solitamente in un breve segmento di RNA complementare allo stampo, sintetizzato da enzimi specifici detti primasi.
Come inizia la replicazione?
Per iniziare la replicazione, occorre anzitutto l'apertura della forca replicativa, attraverso la parziale denaturazione del DNA a doppia elica, portata a termine dalle elicasi che sono enzimi che separano attivamente i due filamenti usando l'energia dell'ATP.
Quindi i due filamenti di cui è composta la doppia elica si divaricano in modo da formare una forca (forchetta di duplicazione) a Y ai margini interni della quale si trovano esposte le quattro basi A,C,G,T, cioè le lettere che costituiscono i messaggi genetici (). A questo punto i nucleotidi 'attivati' che si trovano disciolti entro il citoplasma, entrano nel nucleo e vanno a disporsi ciascuno in corrispondenza della base complementare: a fronte della base A si colloca la base T, a fronte della base C si colloca la base G e viceversa.
A mano a mano che i monomeri assumono la corretta successione, appositi enzimi contenuti nell'apparato della replicazione li saldano in modo da formare nuovi filamenti che si allungano sempre più per il progressivo avanzamento della forca: l'energia occorrente alla polimerizzazione è fornita dal distacco dell'acido pirofosforico
Come agisce la DNA polimerasi?
La DNA-polimerasi duplica la doppia elica del DNA, in modo che le cellule figlie vengano dotate di corredi eguali e completi ; il processo è molto veloce: in un batterio a 37°C circa 300 nucleotidi vengono selezionati e messi al posto giusto nel giro di un secondo. Nonostante la velocità il funzionamento è assai preciso.
Le DNA polimerasi, sono enzimi capaci di costruire una nuova catena solo in direzione 5'-3', . La reazione della DNA polimerasi è diretta dallo stampo, perché produce un nuovo filamento di DNA esattamente complementare ad uno preesistente che funge, appunto, da stampo.
La precisione è dovuta al reciproco 'riconoscimento' delle molecole aventi struttura complementare , tuttavia La DNA polimerasi non è in grado di iniziare la sintesi di un filamento ex novo, mentre può allungare un filamento polinucleotidico preesistente.
In una cellula in replicazione, dunque, è indispensabile la presenza di un filamento preesistente (detto primer), che consiste solitamente in un breve segmento di RNA complementare allo stampo, sintetizzato da enzimi specifici detti primasi.
Errori e mutazioni .
Come avviene l’alterazione del DNA?
Il sistema di copiatura è eccellente qualche errore passa lo stesso: si stima che ad ogni atto riproduttivo in media un nucleotide su centomila (1x105) venga inserito nel posto sbagliato, dopodiché l'errore può perpetuarsi nelle generazioni successive. Questi errori vengono detti mutazioni .
Quali sono le ripercussioni di una mutazione?
Le ripercussioni di una mutazione sul nuovo organismo possono essere molto gravi, esso, ad esempio, può divenire incapace della sintesi di un composto non disponibile nell'ambiente in cui vive: in tal caso l'ambiente funziona a sua volta da filtro ed elimina la mutazione (letale) insieme all'organismo che la porta. Le ripercussioni di una mutazione tuttavia possono essere anche trascurabili o nulle, sempre relativamente all'ambiente in cui l'organismo vive, la mutazione allora si perpetua e quindi nella popolazione si incontrano individui che portano il gene nella forma originaria e altri che lo portano in una o più forme alternative; a ciascuna forma alternativa si dà il nome di allele (genico).
Rare volte le conseguenze di una mutazione sono positive per la cellula, in tal caso il portatore del nuovo stato alternativo, cioè dell'allele vantaggioso, si trova ad essere privilegiato e privilegiati saranno i suoi più numerosi discendenti. Questi rari eventi stanno alla base dei processi evolutivi.
Quali sono le cause che deterrminano le mutazioni?
Il DNA può essere alterato dall'azione di numerosi agenti, genericamente definiti mutageni. Tra di essi figurano ad esempio agenti ossidanti, agenti alchilanti ed anche radiazioni ad alta energia, come i raggi X e gli UV. Le mutazioni possono essere in genere svantaggiose , ma in alcuni casi sono vantaggiose.
Che tipo di danno provocano?
. Il tipo di danno causato al DNA dipende dal tipo di agente: gli UV, ad esempio, danneggiano il DNA generando la formazione di dimeri ( due unità) di timina, costituiti da ponti aberranti che si instaurano tra basi pirimidiniche adiacenti. Agenti ossidanti come i radicali liberi o il perossido di idrogeno ( acqua ossigenata), invece, producono danni di tipo più eterogeneo, come modificazioni di basi (in particolare di guanine) o rotture del DNA a doppio filamento.
Secondo diversi studi, in ogni cellula umana almeno 500 basi al giorno sono sottoposte a danni ossidativi.
Di tali lesioni, le più pericolose sono le rotture a doppio filamento, dal momento che tali danni sono i più difficili da riparare e costituiscono l'origine primaria delle mutazioni puntiformi che si accumulano sulle sequenze genomiche, nonché delle traslocazioni cromosomiche.
Molti agenti devono il loro potere mutageno alla capacità di intercalarsi( di porsi fra) tra due basi azotate consecutive. Gli intercalanti sono tipicamente molecole planari e aromatiche, come l'etidio, la daunomicina, la doxorubicina o la talidomide( Farmaco tranquillante fuori commercio dagli anni sessanta). Perché un intercalante possa trovare posto tra le due basi, occorre che la doppia elica si apra e perda la sua conformazione standard. Tali modifiche strutturali inibiscono sia la trascrizione che la replicazione del DNA ed aumentano la possibilità di insorgenza di mutazioni.
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Cos'è la trascrizione?
La trascrizione è il processo mediante il quale l'informazione genetica contenuta nei geni che specificano la sintesi di proteine, cioè nei geni strutturali, viene trascritta in un filamento di RNA messaggero.
La trascrizione viene operata da un apparato sintetizzatore, denominato RNA-polimerasi, il quale si comporta in modo simile all'apparato che duplica il DNA.
Quali sono le fasi della trascrizione?
Il primo passo è quello di divaricare il tratto specifico della doppia elica di DNA esponendo la sequenza di basi che serviranno di stampo per l'mRNA; quindi i ribonucleotidi attivati si dispongono in corrispondenza dei nucleotidi complementari del filamento di DNA da trascrivere, dopodiché intervengono gli enzimi che li saldano l'uno all'altro realizzando il filamento polimerico.
Va notato che la trascrizione non è semplice copiatura poiché implica la sostituzione della Timina (sigla T) con l'Uracile (sigla U), pertanto una sequenza, poniamo ATC GCT CGA, risulta trascritta nelle triplette complementari UAG CGA GCU.
L'apparato della trascrizione scorre senza sosta lungo il cromosoma e, laddove un apposito segnale costituito da speciali sequenze di basi del DNA - il gene regolatore - gli dà via libera, svolge la propria funzione e comincia trafilare l'mRNA che verrà poi tradotto.
Il filamento di RNA può andare incontro a destini differenti: alcune molecole di RNA hanno, infatti, funzioni di tipo strutturale (come quelle che si trovano all'interno del ribosoma) o catalitica (molecole note come ribozimi); la maggior parte degli RNA, tuttavia, subiscono un processo di maturazione per produrre mRNA, molecole destinate ad esser tradotte in proteina.
La trascrizione è il processo mediante il quale l'informazione genetica contenuta nei geni che specificano la sintesi di proteine, cioè nei geni strutturali, viene trascritta in un filamento di RNA messaggero.
La trascrizione viene operata da un apparato sintetizzatore, denominato RNA-polimerasi, il quale si comporta in modo simile all'apparato che duplica il DNA.
Quali sono le fasi della trascrizione?
Il primo passo è quello di divaricare il tratto specifico della doppia elica di DNA esponendo la sequenza di basi che serviranno di stampo per l'mRNA; quindi i ribonucleotidi attivati si dispongono in corrispondenza dei nucleotidi complementari del filamento di DNA da trascrivere, dopodiché intervengono gli enzimi che li saldano l'uno all'altro realizzando il filamento polimerico.
Va notato che la trascrizione non è semplice copiatura poiché implica la sostituzione della Timina (sigla T) con l'Uracile (sigla U), pertanto una sequenza, poniamo ATC GCT CGA, risulta trascritta nelle triplette complementari UAG CGA GCU.
L'apparato della trascrizione scorre senza sosta lungo il cromosoma e, laddove un apposito segnale costituito da speciali sequenze di basi del DNA - il gene regolatore - gli dà via libera, svolge la propria funzione e comincia trafilare l'mRNA che verrà poi tradotto.
Il filamento di RNA può andare incontro a destini differenti: alcune molecole di RNA hanno, infatti, funzioni di tipo strutturale (come quelle che si trovano all'interno del ribosoma) o catalitica (molecole note come ribozimi); la maggior parte degli RNA, tuttavia, subiscono un processo di maturazione per produrre mRNA, molecole destinate ad esser tradotte in proteina.