BIOLOGIA - Lezione 7 - Duplicazione del DNA

Ben ritrovati, ragazzi. In questo video andremo a parlare di un processo molto importante ed essenziale per la riproduzione cellulare e cioè la duplicazione del DNA.

Come sempre, in ogni video, andiamo a riprendere quello che si è visto nelle lezioni precedenti, che io ovviamente vi lascerò sempre qui sopra in alto a destra nelle schede.

Nella lezione numero 5, abbiamo visto come dentro la cellula esiste il nucleo e dentro il nucleo è presente il DNA, una catena di nucleotidi strutturata a doppio filamento che contiene in sé le informazioni essenziali alla formazione di un organismo.

Ecco, lo stesso quantitativo di DNA è presente dentro ogni cellula del nostro corpo e quando queste cellule si dividono, devono anche garantire che le cellule figlie contengano la stessa quantità di DNA.

Andiamo ad approfondire come è fatta la catena di DNA.

Anche questo argomento l'abbiamo già guardato nel video che vi ho lasciato nelle schede e cioè la lezione numero 5, in cui tratto di nucleo e DNA, ed andiamo a ripassare brevemente la sua struttura.

Ciascun filamento è formato da una catena di nucleotidi, monomeri che contengono un gruppo fosfato, uno zucchero a 5 atomi di carbonio e una base azotata. Esistono quattro tipi di basi azotate, contenute nei nucleotidi del DNA: adenina (A), guanina (G), citosina (C), timina (T).

Altra cosa molto importante è che le basi azotate si appaiano seguendo sempre lo stesso principio: la A si appaia sempre con la T, la C si appaia sempre con la G. Si dice quindi che le basi azotate sono complementari. L'unione di tutte le basi azotate va a costituire il doppio filamento strutturato a doppia elica del DNA.

Abbiamo poi visto nel video successivo a quello riguardante il nucleo e il DNA, e cioè la lezione numero 6, come avviene il ciclo cellulare, e cioè come si compone la vita di una cellula dal momento della sua nascita, avvenuta ovviamente tramite una riproduzione precedente, al momento della sua successiva riproduzione.

E quindi il ciclo cellulare è semplicemente la vita della cellula da una fase riproduttiva alla successiva. Nella lezione numero 6, quindi, abbiamo visto che il ciclo cellulare si compone di una fase G1, di una fase S e di una fase G2. Rispettivamente la fase G1 costituisce la vita della cellula.

Nella fase S, invece, avviene la duplicazione del DNA. Nella fase G2 vengono duplicati e sintetizzati tutti quegli organelli che servono poi a essere divisi nella successiva fase M, che è la fase mitotica, e cioè la fase di divisione cellulare effettiva.

Come avete già capito dall'evidenza di questa enorme lettera S qua, noi andremo a trattare quello che avviene nella fase S. Infatti, la duplicazione del DNA avviene esattamente in fase S, e cioè la cellula, durante il suo corso di vita, quindi durante la fase G1, ad un certo punto avrà la voglia di riprodursi.

Potrà, diciamo, andare incontro a una riproduzione comandata dal tessuto stesso, potrebbe arrivargli la segnalazione dalle altre cellule del tessuto, anzi, dalle cellule del tessuto circostante, la cellula ad un certo punto deciderà che dovrà dividersi.

Per fare questo, ovviamente, la cellula sa già che deve disporre la stessa quantità di DNA che c'è dentro lei stessa alle due cellule figlie che risulteranno da questa divisione.

E allora dovrà andare incontro a una replicazione del DNA, e cioè dovrà copiare il suo DNA, farne due copie, così che, durante la divisione cellulare, tutte e due le cellule che risultano dalla divisione avranno la stessa quantità di DNA.

Per fare questo, la cellula entra nella fase S, e cioè la fase di sintesi del DNA, dove avviene la duplicazione.

E per comprendere in maniera migliore come avviene la duplicazione del DNA, mi servirò di un'animazione in 3D che lo mostra.

Andiamola a vedere insieme.

Il DNA è una molecola costituita da due filamenti intrecciati tra loro in una doppia elica.

Ogni filamento è costituito da una sequenza di quattro basi azotate.

Rappresentate dalle lettere A, C, G e T.

I due filamenti si dice che sono complementari, e questo significa che dove troviamo la base azotata T in un filamento, ci sarà la base azotata A sul filamento opposto.

Dove ci sarà C, ci sarà G nel filamento opposto.

Ogni filamento ha due estremità, denominate 5' e 3'.

I due filamenti hanno direzioni opposte, e cioè uno andrà da 5' a 3'.

L'altro andrà dall'estremità 3' a 5'.

Questo determina come ogni filamento di DNA verrà replicato.

Il primo passo della replicazione del DNA è la separazione dei due filamenti.

Questa separazione avviene ad opera di un enzima chiamato elicasi.

L'elicasi va a separare i due filamenti di DNA, creando una forca di replicazione.

Ciascuna delle catene, ormai separate, costituirà il modello per creare un nuovo filamento di DNA.

A questo punto, vi è la necessità di un enzima che vada a iniziare la nuova catena di DNA.

Questo enzima si chiama primasi, ed è un enzima che va a comporre un piccolo pezzo di RNA.

Indispensabile per attivare poi un secondo enzima chiamato DNA polimerasi, che andrà a costituire la catena del DNA.

Questo piccolo frammento di RNA, chiamato appunto primer, da cui prende il nome la primasi, l'enzima che costituisce questo primer.

Questo primer segna il punto di partenza per la costruzione di un nuovo filamento di DNA.

Un enzima, come abbiamo già detto, chiamato DNA polimerasi, si lega al primer.

E va a costruire il nuovo filamento di DNA.

La particolarità della DNA polimerasi è che può solo aggiungere basi azotate in una direzione.

E più precisamente, la DNA polimerasi può aggiungere basi azotate seguendo la direzione 5' 3'.

E quindi il primo dei due filamenti che viene replicato sarà fatto in maniera continua.

Questo filamento, costruito in maniera continua, viene chiamato filamento leader.

O leading strand.

E qua vediamo come la polimerasi aggiunge basi azotate una per una.

In direzione 5' 3'.

L'altro filamento, invece, viene denominato filamento lagging.

E non può essere realizzato nello stesso modo.

Questo perché il secondo filamento, come abbiamo già detto, avrà una direzione esattamente inversa al primo.

Quindi la DNA polimerasi non si troverà a suo agio a costruirlo in maniera continua.

Di conseguenza, la DNA polimerasi potrà solo costruire questo filamento partendo da una serie di piccoli pezzi.

Questi piccoli frammenti di DNA che vengono costruiti dalla DNA polimerasi, vengono chiamati frammenti di Okazaki.

Come abbiamo visto precedentemente, serve sempre all'RNA primasi, e cioè quell'enzima che va a costituire il primo primer di RNA.

Che servirà a far partire la replicazione da parte della DNA polimerasi.

Ecco, senza il primer, la DNA polimerasi non può lavorare, perché non troverà il sito a cui agganciarsi per costruire il nuovo filamento.

E quindi ogni nuovo frammento del filamento lagging viene anticipato da un primer di RNA, e poi la DNA polimerasi aggiungerà una breve serie di basi nella direzione 5' 3'.

Esattamente, quindi, la direzione opposta alla quale si sta, invece, svolgendo, aprendo la doppia elica di DNA.

Quindi il prossimo primer verrà quindi aggiunto lungo il filamento lagging, e un altro frammento di Okazaki verrà quindi costruito, e il processo si ripeterà in continuazione finché non sarà duplicato tutto il filamento di DNA.

Una volta che tutto il filamento è stato duplicato, l'enzima esonucleasi rimuove tutti i primer di RNA da entrambi i filamenti di DNA.

E a questo punto, un altro tipo di DNA polimerasi riempie le lacune che sono state lasciate dai primer rimossi, aggiungendo delle basi azotate del DNA.

Infine, gli enzimi DNA ligasi sigillano i frammenti di DNA.

Scorrono lungo i filamenti neoformati per andare a formare una doppia elica continua.

Per il processo mediante il quale viene svolto, la duplicazione del DNA viene appunto ritenuta una replicazione semiconservativa.

Questo perché ogni molecola di DNA è costituita sia da un filamento vecchio, sia da un nuovo filamento neoformato.

Allora, ricapitolando, quindi, il DNA ha la capacità di duplicarsi, originando due copie identiche, durante la fase S del ciclo cellulare.

Il meccanismo di duplicazione del DNA si basa sul processo di appaiamento delle basi azotate e coinvolge numerosi enzimi specifici.

Al momento della duplicazione, la molecola di DNA si apre (come una cerniera). A partire da un punto di origine, alcuni enzimi spezzano i legami che tengono unite le basi azotate.

Esse, quindi, si separano e i due filamenti si dividono.

Dopo essersi separati, i due filamenti si comportano come stampi: ciascuno di essi «dirige» la sintesi di un nuovo filamento complementare.

Se sul vecchio filamento è presente un nucleotide che contiene la base A, al nuovo filamento si aggiunge un nucleotide che porta la base T (e viceversa).

C si appaierà invece solo con G (e viceversa).

I nucleotidi vengono aggiunti ai filamenti in costruzione uno alla volta (in una sola direzione), grazie all'intervento di enzimi specifici chiamati DNA-polimerasi.

E qua vediamo una bella immagine riepilogativa di quello che succede. Da una singola elica di DNA, questa viene aperta, e la DNA polimerasi, insieme, ovviamente, a tutti gli altri enzimi che partecipano alla duplicazione del DNA, vanno a produrre i due filamenti complementari ex novo.

Per questo, questo tipo di duplicazione del DNA viene chiamata semiconservativa, perché alla fine del processo avremo due filamenti di DNA identici, che saranno formati entrambi da un filamento vecchio che ha fatto da stampo e un filamento nuovo, che è il complementare del filamento stampo.

In questo modo, le due cellule che andranno a dividersi nella fase M, attenzione, quindi questo avviene nella fase S, poi ci sarà la fase G2, poi solo successivamente le due cellule andranno effettivamente a dividersi.

Ecco, però, durante la fase M, potranno dividersi proprio perché il DNA è già stato duplicato nella fase S, come abbiamo detto.

Bene, ragazzi, questo video finisce qui.

Io vi do appuntamento alla prossima lezione, e se vi è piaciuto ed è stato utile, lasciatemi un like, mi farebbe molto piacere.

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Ed io vi saluto e vi do appuntamento alla prossima lezione.