II DNA: Struttura e Funzione-6

II DNA: Struttura, Funzione e Replicazione

• Il DNA è il materiale genetico di tutti gli organismi, contenente le istruzioni per la costruzione delle cellule e degli organismi. Le specie dipendono dalle capacità degli individui di trasmettere queste istruzioni da una generazione alla successiva.
• Negli anni '40 del XX secolo si scoprì che il materiale genetico è costituito da DNA e che il DNA contiene l'informazione per produrre le proteine, le quali svolgono la maggior parte delle funzioni cellulari.
• Gli esperimenti di Griffith (1928) mostrarono che il DNA è in grado di trasformare un ceppo batterico innocuo in uno mortale. Questo suggerì che il DNA contenesse l'informazione genetica.
• Gli esperimenti di Avery e colleghi (1944) dimostrarono che il DNA era il principio trasformante, confermando che il DNA è il materiale genetico.
• Gli esperimenti di Hershey e Chase (1952) usarono isotopi radioattivi per identificare il DNA come il materiale genetico responsabile della trasmissione dei caratteri ereditari.

La Struttura del DNA

• Il DNA è un acido desossiribonucleico (ADN o DNA), costituito da quattro nucleotidi: adenina (A), guanina (G), citosina (C) e timina (T). Ogni nucleotide è composto da uno zucchero desossiribosio, un gruppo fosfato e una base azotata.
• Le basi azotate formano lunghe catene di polinucleotidi (catene o filamenti del DNA). Questi filamenti sono legati covalentemente tramite legami fosfodiesterici.
• Le due catene del DNA sono antiparallele, e si dispongono secondo una doppia elica destrorsa. Le catene si avvolgono attorno ad un asse comune.
• Le basi azotate di una catena si appaiano con le basi azotate dell'altra catena in modo specifico: l'adenina si appaia con la timina (A=T) e la guanina con la citosina (G=C). Questo appaiamento è detto appaiamento delle basi complementari.
• Le regole di Chargaff (1950) indicano che, in una molecola di DNA, la quantità di adenina è uguale a quella di timina, e la quantità di guanina è uguale a quella di citosina.
• La struttura del DNA è fondamentale per il suo funzionamento, consentendo al DNA di memorizzare informazioni in modo stabile e organizzato.

La Replicazione del DNA

• La replicazione del DNA è semiconservativa. Ciò significa che ogni nuova molecola di DNA è formata da una catena parentale e da una nuova catena.
• Il meccanismo di replicazione del DNA si basa sulla complementarietà delle catene del DNA: ogni filamento di DNA fa da stampo per la sintesi di una nuova catena.
• L'esperimento di Meselson e Stahl (1958) confermò il modello semiconservativo di replicazione del DNA.
• La replicazione inizia in punti specifici chiamati origini di replicazione, dove le proteine iniziatrici separano le catene del DNA.
• La replicazione del DNA avviene grazie a proteine che lavorano insieme in una macchina replicativa.

Problemi e Soluzioni nella Replicazione

• Le forche di replicazione si muovono a grande velocità, generando tensioni torsionali nella molecola di DNA.
• La topoisomerasi (o girasi) è un enzima che risolve queste tensioni torsionali cambiando la topologia del DNA, permettendo alla replicazione di procedere.
• Le DNA polimerasi sintetizzano una nuova catena di DNA in direzione 5'->3'.

Frammenti di Okazaki

• Per sintetizzare il filamento lento del DNA, la DNA polimerasi crea frammenti più corti, chiamati frammenti di Okazaki. Questi frammenti vengono poi uniti insieme dalla DNA ligasi per completare la sintesi del filamento.

Autocorrezione

• La DNA polimerasi ha una attività di autocorrezione (proofreading) nella direzione 3'->5'. Questo meccanismo verifica ogni singolo nucleotide appena aggiunto e corregge gli errori che potrebbero verificarsi, aumentando la fedeltà della replicazione.
• L'incorporazione del nucleotide corretto avviene con una velocità di 104 volte più rapida rispetto all'incorporazione di un nucleotide scorretto.