lunedì 23 maggio 2011

LA REPLICAZIONE DEL DNA NEI PROCARIOTI parte 1

La replicazione del DNA la possiamo suddividere in 3 processi:
Inizio: In questa fase avviene il riconoscimento della molecola di DNA nei siti in cui deve avere inizio la replicazione della doppia elica.
Allungamento: I filamenti vengono copiati.
Terminazione: completamento della replicazione del DNA.

Inizio della replicazione del genoma.
L'inizio del processo della replicazione non è un processo casuale, nel senso che non avviene in qualsiasi punto del DNA, ma avviene in una precisa posizione che è nota come origine della replicazione.
Una volta che il processo della plicazione inizia in questa regione si formano le cosidette forcine di replicazione che procedono in direzione opposta lungo il DNA; la replicazione dunque è bidirezionale. Una delle prime differenze nei processi di replicazione tra procarioti ed eucarioti consiste appunto nel sito di origine. Un Dna circolare di un procariota in genere contiene una sola forcina di replicazione, la quale da sola è in grado di duplicare migliaia di kb (kilobase) di DNA, situazione che differisce di molto da quella delle cellule eucariotiche dove possiamo trovare molte origini di replicazione.

L'origine di replicazione.
L'origine di replicazione è meglio caratterizzata nel batterio E.coli  ed è nota come OriC. Tale origine di replicazione si estende per cira 245 coppie di basi. L'analisi della sequenza di questo segmento mostra che vi è la presenza di due brevi ripetizioni, una di 9 l'altra di 13 coppie di basi.




La struttura generica di tale regione nucleotidica la possiamo osservare nell'immagine sopra,vi sono due brevi segmenti ripetuti più volte, tre da 13 nucleotidi e due da 9 coppie di basi. Molti enzimi sono coinvolti nel processo di inizio della replicazione. Il loro principale compito è di separare la doppia elica del DNA, e attraverso un legame con i suoi filamenti portare alla formazione del cosidetto complesso d'inizio, che sarà di fondamentale importanza per tutte le future reazioni che porteranno alla sintesi di un elica figlia. Una delle prime proteine ad entrare in gioco è nota come DnaA.


Lo scopo della proteina DnaA è quello di denaturare la porzione di doppia elica che è stata legata, per la precisione viene denaturata la regione al livello di tre ripetizioni in tandem del motivo di 13 nucleotidi particolarmente ricco di A-T. Il meccanismo particolare con cui avviene la denaturazione della doppia elica è sconosciuto infatti non sembra possedere una attività enzimatica, infatti si pensa che la denaturazione sia dovuta ad una tensione torsionale dovuta al legame della proteina con le sequenze nucleotidiche. In particolar modo si pensa che le proteine DnaA che legano le sequenze nucleotidiche formino una vera e propria struttura a barile intorno alla quale si avvolge l'elica di DNA. La proteina DnaA riconosce e in seguito denatura la regione di 13 coppie di basi di DNA ricche in appaiamenti di A=T. Tale processo richiede un consumo di energia metabolica (ATP) e l'intervento della proteina istone simile HU, molto abbondante nei procarioti. In seguito sono coinvolte altre proteine, DnaC e DnaB.
La prima, trasporta la proteina DnaB all'interno della regione non avvolta. Due esameri di DnaB, funzionano da elicasi aderendo ognuno ad un elica di DNA, disavvolgono il DNA in entrambi le direzioni, creando due future forcelle di replicazione.
Bisogna sempre tenere in considerazione il fatto che la distinzione tra la fase d'inizio e di allugamento della replicazione non è un qualcosa di netto, non vi è discontinuità tra i due processi.

Allungamento
Una volta formatasi la forcina di replicazione ha inizio la duplicazione del DNA. E'palese il fatto che durante la replicazione devono essere copiati entrambi i filamenti della doppia elica. Ciò costituisce un problema notevole dal momento che gli enzimi coinvolti nella copia della doppia elica (le polimerasi) possono eseguire la copia solo spostandosi in direzione 5'-3'. Ne consegue che uno dei filamenti può essere copiato senza problemi mentre l'altro definito filamento tardivo è copiato in maniera discontinua con formazione di piccoli frammenti che in un secondo momento devono essere unificati. Un altro problema è costituito dal fatto che le DNA polimerasi templato dipendenti (stampo dipendenti) sono totalmente incapaci di sintetizzare un filamento nucleotidico senza la presenza di un primer (un innesco di RNA), e di conseguenza su una molecola a singolo filamento. Ecco perchè dell'utilizzo del primer, ci deve essere un nucleotide all'estremità 3' a partire dalla quale l'enzima inizia ad aggiungere i nuovi nucleotidi. Nel filamento definito leader è necessario un solo innesco, mentre nel filamento lento dovranno essere utilizzati ogni volta che un nuovo frammento viene sintetizzato. 



Le DNA elicasi provvedono a disavvolgere il DNA parentale e la tensione topologica prodotta dalla stessa elicasi viene annullata dalla DNA topoisomerasi. Ogni catena polinucleotidica separata viene stabilizzata da un particolare gruppo di proteine definite SSB proteine che legano i singoli filamenti ormai disappaiati. Tali proteine sembrano svolgere un ruolo importante nello stabilizzare i singoli filamenti, evitando che essi possano essere dannegiati da enzimi e facendo si che i filamenti appena disappaiati non si riuniscano tra di loro. Da questo momento in poi la sintesi dei filamenti complementari è differente sotto alcuni aspetti.

ma di questo parliamo nei prossimi post.

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