La replicazione del DNA - acido desossiribonucleico - avviene prima che una cellula si divida per garantire che entrambe le cellule ricevano una copia esatta del materiale genetico del genitore. Mentre ci sono molte somiglianze nel modo in cui le cellule procariotiche ed eucariotiche replicano il loro DNA, ce ne sono diverse distinzioni tra loro, dovute alla diversa dimensione e complessità delle molecole, compreso il tempo necessario per il completamento il processo.
Differenze tra cellule eucariotiche e procariotiche
Le cellule procariotiche hanno una struttura abbastanza semplice. Non hanno nucleo, organelli e una piccola quantità di DNA sotto forma di un singolo cromosoma circolare. Le cellule eucariotiche, d'altra parte, hanno un nucleo, più organelli e più DNA disposti in più cromosomi lineari.
Fasi nella replicazione del DNA
La replicazione del DNA inizia in un punto specifico sulla molecola del DNA chiamato origine della replicazione. All'origine, gli enzimi svolgono la doppia elica rendendo i suoi componenti accessibili per la replicazione. Ogni filamento dell'elica si separa quindi dall'altro, esponendo le basi ora spaiate per fungere da modelli per nuovi filamenti. Un piccolo segmento di RNA - acido ribonucleico - viene aggiunto come primer, quindi nuove basi nucleotidiche che completano le basi spaiate possono essere assemblate per formare due filamenti figli accanto a ciascun filamento genitore. Questo assemblaggio è realizzato con enzimi chiamati DNA polimerasi. Quando il processo è completo, si sono formate due molecole di DNA identiche tra loro e alla molecola madre.
Somiglianze tra la replicazione del DNA procariotico ed eucariotico
I passaggi per la replicazione del DNA sono generalmente gli stessi per tutti gli organismi procarioti ed eucarioti. Lo svolgimento del DNA è compiuto da un enzima chiamato DNA elicasi. La produzione di nuovi filamenti di DNA è orchestrata da enzimi chiamati polimerasi.
Entrambi i tipi di organismi seguono anche uno schema chiamato replicazione semiconservativa. In questo modello, i singoli filamenti di DNA sono prodotti in direzioni diverse, producendo un filamento principale e uno ritardato. I filamenti in ritardo vengono creati dalla produzione di piccoli frammenti di DNA chiamati frammenti di Okazaki che alla fine vengono uniti insieme. Entrambi i tipi di organismi iniziano anche nuovi filamenti di DNA con un piccolo primer di RNA.
Differenze tra la replicazione del DNA procariotico ed eucariotico
Le differenze tra la replicazione del DNA procariotico ed eucariotico sono in gran parte legate ai contrasti in termini di dimensioni e complessità del DNA e delle cellule di questi organismi. La cellula eucariotica media ha 25 volte più DNA di una cellula procariotica.
Nelle cellule procariotiche esiste un solo punto di origine, la replicazione avviene contemporaneamente in due direzioni opposte e avviene nel citoplasma cellulare. Le cellule eucariotiche, d'altra parte, hanno più punti di origine e utilizzano la replicazione unidirezionale all'interno del nucleo della cellula. Le cellule procariotiche possiedono uno o due tipi di polimerasi, mentre gli eucarioti ne hanno quattro o più.
La replicazione avviene anche a un ritmo molto più veloce nelle cellule procariotiche rispetto agli eucarioti. Alcuni batteri impiegano solo 40 minuti, mentre le cellule animali come quelle umane possono impiegare fino a 400 ore. Inoltre, gli eucarioti hanno anche un processo distinto per replicare i telomeri alle estremità dei loro cromosomi. Con i loro cromosomi circolari, i procarioti non hanno fine da sintetizzare. Infine, la breve replicazione nei procarioti avviene quasi continuamente, ma le cellule eucariotiche subiscono solo la replicazione del DNA durante la fase S del ciclo cellulare.