L'acido desossiribonucleico, o DNA, è la molecola della natura per la trasmissione di informazioni genetiche attraverso le generazioni. La maggior parte di ogni cellula del tuo corpo contiene 46 cromosomi - un set di 23 da ciascun genitore - che la cellula deve replicare prima di potersi dividere.
Leggi di più sulla struttura, la funzione e l'importanza del DNA.
D'altra parte, un batterio (e altri procarioti) di solito ha un singolo cromosoma. Sorprendentemente, ci vuole circa lo stesso tempo, circa un'ora o meno, per te e un batterio per replicare il DNA attraverso gli stessi passaggi di replicazione del DNA.
Nozioni di base sul DNA: struttura
I tempi della replicazione dipendono dalla velocità di replicazione del DNA, dalla quantità di DNA nella cellula e dal numero di origini di replicazione su ciascuna molecola di DNA. Il DNA è un lungo polimero con una struttura di zucchero alternato e gruppi fosfato. Una delle quattro basi nucleotidiche azotate pende da ogni gruppo zuccherino. La sequenza delle basi è un alfabeto di quattro lettere che spiega la sequenza degli amminoacidi nelle proteine, le molecole responsabili delle tue caratteristiche fisiche e biochimiche.
Nozioni di base sul DNA: replicazione
I cromosomi sono pacchetti compatti di DNA e proteine. Due filamenti di DNA formano una doppia elica nel cuore di ciascun cromosoma.
Leggi di più su cos'è un cromosoma.
Affinché la replica possa procedere, il macchinario della cellula deve decomprimere la doppia elica e utilizzare ciascun filamento esposto come modello per costruire un nuovo filamento partner. Questa è una replica semiconservativa, in cui il prodotto finale è costituito da due eliche, ciascuna con un filamento originale e uno nuovo. Le coppie di basi nel filamento modello determinano quelle nel nuovo filamento attraverso un processo di accoppiamento complementare: ogni tipo di base nucleotidica può accoppiarsi solo con un partner specifico.
Fasi generali della replicazione del DNA
Queste sono le basi del DNA della replicazione del DNA.
Passaggio 1: moduli di replica fork. Un enzima chiamato DNA elicasi "decomprime" la doppia elica in una formazione a Y.
Passaggio 2: si legano i primer. I primer del DNA si legano alle aree in cui l'enzima di replicazione, la DNA polimerasi, inizierà a replicarsi. I primer agiscono come un segnale per l'enzima e gli consentono di sapere da dove iniziare e in quale direzione andare.
Passaggio 3: allungamento. Questa è la fase in cui il DNA viene effettivamente replicato. La DNA polimerasi "allunga" il nuovo filamento, il che significa che inizia a creare il nuovo filamento basato su ciascun filamento modello.
Passaggio 4: cessazione. Una volta completata la replica, accadono un paio di cose. Innanzitutto, un enzima chiamato "esonucleasi" rimuove i primer dal DNA e quei punti vengono riempiti con la sequenza di DNA corretta.
Successivamente, un filamento (chiamato filamento "in ritardo") ha bisogno della DNA ligasi per connettere i frammenti di DNA che sono stati appena replicati. Un altro enzima passa per controllare e correggere eventuali errori commessi durante la replica. L'ultimo dei passaggi di replicazione del DNA è quando la telomerasi aggiunge sequenze speciali chiamate "telomeri" alla fine dei filamenti.
Replicazione batterica
Il singolo cromosoma di un batterio è un anello di DNA a doppio filamento. Il numero di basi può variare da una specie all'altra. Il noto batterio E. coli ha 4,7 milioni di coppie di basi che impiegano circa 40 minuti per replicarsi, il che implica una velocità di oltre 1.000 basi al secondo.
La replica inizia in una singola posizione fissa e procede su ciascun filo in direzioni opposte. Il processo di replica include una fase di correzione delle bozze che garantisce un tasso di errore non superiore a uno su un miliardo.
Replicazione eucariotica
Le cellule dell'uomo e di altri eucarioti hanno nuclei organizzati che racchiudono una serie di cromosomi. Il tipico cromosoma umano ha circa 150 milioni di paia di basi che la cellula replica alla velocità di 50 paia al secondo. A quella velocità di replicazione del DNA, la cellula impiegherebbe più di un mese per copiare un cromosoma.
Il fatto che richieda solo un'ora è dovuto a più origini di replica. La replicazione procede simultaneamente da molti punti diversi sul cromosoma e gli enzimi uniscono le sezioni per formare la copia intatta finale. Tutti i 46 cromosomi umani si replicano contemporaneamente, durante la fase S del ciclo cellulare.