Duplicazione Duplicazione

del DNAdel DNA

IL DNA è LA MOLECOLA DEPOSITARIA IL DNA è LA MOLECOLA DEPOSITARIA

DELL’INFORMAZIONE GENICA DELL’INFORMAZIONE GENICA

CHE DEVE ESSERE EREDITATA CHE DEVE ESSERE EREDITATA DIDI GENERAZIONE GENERAZIONE

IN GENERAZIONE.IN GENERAZIONE.

PERTANTO LA STRUTTURA DEL DNA DEVE PERTANTO LA STRUTTURA DEL DNA DEVE

ESSERE TALE DA SODDISFARE ESSERE TALE DA SODDISFARE

AL MEGLIO QUESTA ESSENZIALE SUA AL MEGLIO QUESTA ESSENZIALE SUA

CARATTERISTICA FUNZIONALE.CARATTERISTICA FUNZIONALE.

IL MECCANISMO CON CUIIL MECCANISMO CON CUI

IL DNA ASSICURA LA COSTANZA IL DNA ASSICURA LA COSTANZA

DELL’INFORMAZIONE DEVE ANCHE PREVEDEREDELL’INFORMAZIONE DEVE ANCHE PREVEDERE

LA LA POSSIBILITàPOSSIBILITà DIDI ERRORI CHE STANNO ALLA ERRORI CHE STANNO ALLA

BASE DELLE VARIAZIONI ESISTENTI NEL BASE DELLE VARIAZIONI ESISTENTI NEL

MONDO VIVENTE UNA VOLTA CHE IL PROCESSO MONDO VIVENTE UNA VOLTA CHE IL PROCESSO

DIDI SELEZIONE SELEZIONE LILI ABBIA STABILMNETE ABBIA STABILMNETE

INSERITI NEL GENOMA (V. INSERITI NEL GENOMA (V. MUTAZIONIMUTAZIONI))

Duplicazione Duplicazione -- Trascrizione Trascrizione --TraduzioneTraduzione

-- Il processo di Il processo di

DNADNA

Trascrizione

DNADNA

-- La DUPLICAZIONE è il La DUPLICAZIONE è il processo che porta alla processo che porta alla formazione di copie delle formazione di copie delle molecole di DNA ed al molecole di DNA ed al

trasferimento del materiale trasferimento del materiale geneticogenetico

-- Il processo di Il processo di TRASCRIZIONE è il TRASCRIZIONE è il

trasferimento trasferimento dell’informazione dal DNA dell’informazione dal DNA alle molecole di RNAalle molecole di RNA

RNARNA

ProteinaProteina

Traduzione

-- La TRADUZIONE è il La TRADUZIONE è il processo mediante il quale si processo mediante il quale si passa dall’RNA alle proteinepassa dall’RNA alle proteine

Le cellule Le cellule eucarioticheeucariotiche svolgonosvolgono durantedurante la la loroloro vita vita unauna serieserie ordinataordinata didi eventieventi cheche costituisconocostituiscono ilil

CicloCiclo CellulareCellulare

Interfase comprende le fasi G1, S, and G2

Le macromolecole come proteine e lipidi sono sintetizzate durante la

fase G1

Il DNA è sintetizzato durante la fase S.

Durante la G2 le cellule si preparano alla divisione

(M) il DNA duplicato viene suddiviso alle due cellule

figlie.

Le cellule che non si dividono escono dal normale ciclo ed entrano nella G0.

La molecola di DNA consiste di

due catene polinucleotidiche

unite mediante le basi azotate e

POICHèPOICHè OGNI FILAMENTO OGNI FILAMENTO

DETERMINA LA SEQUENZADETERMINA LA SEQUENZA

DEL FILAMENTO COMPLEMENTAREDEL FILAMENTO COMPLEMENTARE,,

OGNI SINGOLO FILAMENTO DELLA OGNI SINGOLO FILAMENTO DELLA

La forma è La forma è l’immaginel’immagine plasticaplastica delladella funzionefunzione((RuffiniRuffini))

unite mediante le basi azotate e

avvolte l’una sull’altra a formare

una doppia elica.

OGNI SINGOLO FILAMENTO DELLA OGNI SINGOLO FILAMENTO DELLA

MOLECOLA CHE SI APRE MOLECOLA CHE SI APRE PUòPUò AGIREAGIRE

DA STAMPO PER DIRIGEREDA STAMPO PER DIRIGERE

LA SINTESI DEL NUOVO FILAMENTO.LA SINTESI DEL NUOVO FILAMENTO.

((REPLICAZIONE SEMICONSERVATIVAREPLICAZIONE SEMICONSERVATIVA))

EsperimentoEsperimento didi MeselsonMeselson e Stahle Stahl

NN1515

NN15 15 + N+ N1414NN15 15 + N+ N1414

NN15 15 + N+ N1414

NN1414

11°° PACCHETTO PACCHETTO DIDI ENERGIA:ENERGIA:

Idrolisi dei nucleosidi Idrolisi dei nucleosidi trifosfatotrifosfato concon

Liberazione di Liberazione di PPiPPi e Nucleosidi e Nucleosidi Liberazione di Liberazione di PPiPPi e Nucleosidi e Nucleosidi

monofosfatimonofosfati

22°° PACCHETTO PACCHETTO DIDI ENERGIA:ENERGIA:

Idrolisi del Idrolisi del PPiPPi

Precursori desossi-nucleotidi trifosfati

DNA stampo

DNA polimerasi

Perché il DNA subisca il processo di replicazione sono necessari:

Precursori desossi-nucleotidi trifosfati (dNTP)

� Le due catene sono antiparallele cioè i due filamenti sono orientati in direzione opposta: uno orientato in 5’-3’ e l’altro in 3’-5’.l’altro in 3’-5’.

� Gli scheletri di zucchero fosfato si trovano all’esterno della doppia elica, mentre le basi sono orientate verso l’asse centrale.

La doppia elica si separa in due filamenti ciascuno dei

quali si comporta da stampo per la sintesi di un nuovo

filamento

La replicazione del DNA in procarioti ed eucariotiavviene con un meccanismo semiconservativo,mediante il quale i due filamenti di DNA a doppiaelica sono separati e nuovi filamenticomplementari sono sintetizzati sullo stampo diciascuna delle due eliche parentali

Gli enzimi che catalizzano la sintesi del DNA Gli enzimi che catalizzano la sintesi del DNA

sono chiamati sono chiamati DNA polimerasiDNA polimerasi

C si appaia con G

A si appaia con T

Si forma un legame

fosfo-diesterico

dNTP

La direzione della sintesi è sempre 5’ 3’5’ 3’

1 BOLLA 1 BOLLA DIDI REPLICAZIONE REPLICAZIONE EE 2 FORCELLE 2 FORCELLE DIDI

REPLICAZIONE REPLICAZIONE CHE AGISCONO IN DIREZIONI OPPOSTE CHE AGISCONO IN DIREZIONI OPPOSTE

(ANDAMENTO BIDIREZIONALE (ANDAMENTO BIDIREZIONALE DIDI SINTESI)SINTESI)

ELICASI E PROTEINE DI

SROTOLAMENTO

CONTRIBUISCONOCONTRIBUISCONO

ALL’APERTURA DELLA

DOPPIA ELICA

TOPOISOMERASI I:TOPOISOMERASI I:

opera il taglio a livelloopera il taglio a livellodi uno solo dei due di uno solo dei due filamenti di DNA.filamenti di DNA.

TOPOISOMERASI II:TOPOISOMERASI II:I tagli avvengonoI tagli avvengonoI tagli avvengonoI tagli avvengono

a carico di entrambia carico di entrambii filamenti.i filamenti.

DUPLICAZIONE NEI PROCARIOTIDUPLICAZIONE NEI PROCARIOTI

L’INIZIO DELLA REPLICAZIONE NEI BATTERI AVVIENE AD OPERAL’INIZIO DELLA REPLICAZIONE NEI BATTERI AVVIENE AD OPERA

DEL RICONOSCIMENTO DEL RICONOSCIMENTO DIDI UNA SEQUENZA SPECIFICA UNA SEQUENZA SPECIFICA DIDI DNADNA

((oriCoriC)) DA PARTE DELLA PROTEINA DA PARTE DELLA PROTEINA DIDI INIZIO INIZIO dnaAdnaA..

INIZIOINIZIO

((oriCoriC)) DA PARTE DELLA PROTEINA DA PARTE DELLA PROTEINA DIDI INIZIO INIZIO dnaAdnaA..

TALE INTERAZIONE DETERMINA L’APERTURA DELLA DOPPIA ELICATALE INTERAZIONE DETERMINA L’APERTURA DELLA DOPPIA ELICA

IN UN SITO ADIACENTE RICCO IN A/T NEL QUALE INTERVENGONOIN UN SITO ADIACENTE RICCO IN A/T NEL QUALE INTERVENGONO

LE LE ELICASIELICASI..

QUESTE ULTIME SFRUTTANO UNA MOLECOLA QUESTE ULTIME SFRUTTANO UNA MOLECOLA DIDI ATP (ATP (PROCESSOPROCESSO

ATTIVOATTIVO, CON CONSUMO , CON CONSUMO DIDI ENERGIA) PER CIASCUN GIRO ENERGIA) PER CIASCUN GIRO DIDI

ELICA SVOLTO.ELICA SVOLTO.

INIZIOINIZIO

SUCCESSIVAMENTE ALLE ELICASI AGISCONO LE SUCCESSIVAMENTE ALLE ELICASI AGISCONO LE

PROTEINEPROTEINE

CHE DESTABILIZZANO L’ELICACHE DESTABILIZZANO L’ELICA ((HDPHDP: HELIX : HELIX

DESTABILIZING PROTEINSDESTABILIZING PROTEINSDESTABILIZING PROTEINSDESTABILIZING PROTEINS

O O SSBSSB: SINGLE STRAND BINDING PROTEINS).: SINGLE STRAND BINDING PROTEINS).

TALI PROTEINE IMPEDISCONO CHE L’ELICA SITALI PROTEINE IMPEDISCONO CHE L’ELICA SI

RICHIUDA!RICHIUDA!

LA TOPOISOMERASI II CHE AGISCE NEI BATTERILA TOPOISOMERASI II CHE AGISCE NEI BATTERI

E’ DETTA E’ DETTA GIRASI GIRASI (E’ UNA TOPOISOM. (E’ UNA TOPOISOM. DIDI TIPO II).TIPO II).

SSBPSSBP

Le DNA polimerasi non sono in grado di iniziare la sintesi di un nuovo filamento, ma hanno bisogno di una estremità 3’ OH libera a cui unire il nucleotide entrante

Presenza di un PRIMERPRIMER

libera a cui unire il nucleotide entrante

Il primer è sintetizzato da una RNA polimerasi chiamata

DNA DNA primasiprimasi

DNA DNA primasiprimasi

PrimerPrimer di RNA di RNA PrimerPrimer di RNA di RNA di 11 nucleotidi di 11 nucleotidi

circacirca

POLIMERIZZAZIONEPOLIMERIZZAZIONE

LE DNA POLIMERASI BATTERICHE SONO:LE DNA POLIMERASI BATTERICHE SONO:

1)1) DNA POLIMERASI IDNA POLIMERASI I;;

2)2) DNA POLIMERASI IIDNA POLIMERASI II;;2)2) DNA POLIMERASI IIDNA POLIMERASI II;;

3)3) DNA POLIMERASI IIIDNA POLIMERASI III;;

4)4) DNA POLIMERASI IVDNA POLIMERASI IV;;

5)5) DNA POLIMERASI VDNA POLIMERASI V..

POLIMERIZZAZIONEPOLIMERIZZAZIONE

LE DNA POLIMERASI PRINCIPALI (I, LE DNA POLIMERASI PRINCIPALI (I, IIII E III) DEI BATTERI NECESSITANOE III) DEI BATTERI NECESSITANO

DIDI UN INNESCO (OLIGO UN INNESCO (OLIGO DIDI RNA) SINTETIZZATO AD OPERA RNA) SINTETIZZATO AD OPERA DIDI UN UN

ENZIMA (RNA POLIMERASI DNAENZIMA (RNA POLIMERASI DNA--DIPENDENTE) DETTO DIPENDENTE) DETTO PRIMASIPRIMASI

DNA polimerasiDNA polimerasi

LA PRIMA DNA POLIMERASI AD AGIRE èLA PRIMA DNA POLIMERASI AD AGIRE èLA LA DNA POL IIIDNA POL III. ESSA AGIRA’ IN MODO. ESSA AGIRA’ IN MODO““CONTINUOCONTINUO” A LIVELLO DEL FILAMENTO ” A LIVELLO DEL FILAMENTO

LEADING LEADING E “E “DISCONTINUATIVAMENTEDISCONTINUATIVAMENTE” SUL” SULFILAMENTO FILAMENTO LAGGINGLAGGING. QUANDO IN QUESTO. QUANDO IN QUESTOULTIMO FILAMENTO LA POL III INCONTRA ULTIMO FILAMENTO LA POL III INCONTRA

L’INNESCO, INFATTI, INTERVENGONO LA L’INNESCO, INFATTI, INTERVENGONO LA DNA POL DNA POL I O LA POL III O LA POL II. . LA POL I HA ATTIVITA’ 5’LA POL I HA ATTIVITA’ 5’--3’ 3’ ESONUCLEASICAESONUCLEASICA! ! NOTA:NOTA: LA DNA POL III HALA DNA POL III HA

ATTIVITA’ 3’ATTIVITA’ 3’--5’ ESONUCLEASICA (E’ IL 5’ ESONUCLEASICA (E’ IL CORRETTORE CORRETTORE DIDI BOZZEBOZZE))

ATTIVITA’ 3’ATTIVITA’ 3’--5’ ESONUCLEASICA (5’ ESONUCLEASICA (CORRETTORE CORRETTORE DIDIBOZZEBOZZE) DELLA DNA POL III) DELLA DNA POL III

PROCESSIVITA’PROCESSIVITA’ : 50: 50--100 nt./sec. in 100 nt./sec. in EucariotiEucarioti;;500500--1000 nt./sec. in Procarioti.1000 nt./sec. in Procarioti.

TASSO TASSO DIDI ERRORE ERRORE : < 1nt./10: < 1nt./1099 nt. aggiuntint. aggiunti

La sintesi in un filamento è continuacontinuanell’altro è discontinua.

Dove la sintesi è discontinua vengono prodotti brevi tratti di DNA chiamati

frammenti di Okazaki

Replicazione semidiscontinua

La DNA polimerasi I La DNA polimerasi I sostituisce l’innesco di sostituisce l’innesco di

RNA con DNARNA con DNA

Azione della Azione della DNA DNA LigasiLigasi

Si forma un legame Si forma un legame fosfodiestericofosfodiesterico

ElicasiElicasi

SSBP: SSBP: single single strandstrand bindingbinding proteinsproteins

Proteine principali coinvolte nella Proteine principali coinvolte nella sintesi del DNAsintesi del DNA

SSBP: SSBP: single single strandstrand bindingbinding proteinsproteins

RNA polimerasi (DNARNA polimerasi (DNA--dipendente)dipendente)

DNA polimerasiDNA polimerasi

TopoisomerasiTopoisomerasi

SSBPSSBP ElicasiElicasi

DNA polimerasi IIIDNA polimerasi IIIDNA polimerasi IDNA polimerasi I

PROCARIOTI PROCARIOTI (SCHEMA RIASSUNTIVO)(SCHEMA RIASSUNTIVO)

DUPLICAZIONE NEGLI EUCARIOTIDUPLICAZIONE NEGLI EUCARIOTI

PRINCIPALI DIFFERENZE DELL’ORGANIZZAZIONE DEL DNA EUCARIOTICOPRINCIPALI DIFFERENZE DELL’ORGANIZZAZIONE DEL DNA EUCARIOTICO

RISPETTO A QUELLO PROCARIOTICO:RISPETTO A QUELLO PROCARIOTICO:

1)1) CROMOSOMI MOLTO LUNGHI CROMOSOMI MOLTO LUNGHI (2 x 10(2 x 1066 nt. IN nt. IN E. coliE. coli, CONTRO 2.5 x 109 , CONTRO 2.5 x 109 1)1) CROMOSOMI MOLTO LUNGHI CROMOSOMI MOLTO LUNGHI (2 x 10(2 x 1066 nt. IN nt. IN E. coliE. coli, CONTRO 2.5 x 109 , CONTRO 2.5 x 109

nt. IN nt. IN H. sapiensH. sapiens););

2) PRESENZA 2) PRESENZA DIDI NUCLEOSOMINUCLEOSOMI;;

3) DNA ORGANIZZATO LINEARMENTE3) DNA ORGANIZZATO LINEARMENTE..

NONOSTANTE LE MAGGIORI DIMENSIONI DEI CROMOSOMI EUCARIOTICINONOSTANTE LE MAGGIORI DIMENSIONI DEI CROMOSOMI EUCARIOTICI

E LA MAGGIORE LENTEZZA CON CUI AVVIENE LA POLIMERIZZAZIONEE LA MAGGIORE LENTEZZA CON CUI AVVIENE LA POLIMERIZZAZIONE

DIDI NUOVO DNA NEGLI EUCARIOTI RISPETTO AI PROCARIOTI, I TEMPI NUOVO DNA NEGLI EUCARIOTI RISPETTO AI PROCARIOTI, I TEMPI

DIDI DUPLICAZIONE DUPLICAZIONE DIDI UN INTERO GENOMA EUCARIOTICO SI AGGIRANOUN INTERO GENOMA EUCARIOTICO SI AGGIRANO

INTORNO ALLE 6INTORNO ALLE 6--8 ORE. CIO’ GRAZIE ALL’APERTURA DELL’ELICA8 ORE. CIO’ GRAZIE ALL’APERTURA DELL’ELICA

DIDI DNA IN PIU’ PUNTI CONTEMPORANEAMENTE (DNA IN PIU’ PUNTI CONTEMPORANEAMENTE (REPLICONIREPLICONI).).

LE DUE FORCELLE LE DUE FORCELLE DIDI

REPLICAZIONE REPLICAZIONE DIDI UNAUNA

BOLLA PROCEDONO BOLLA PROCEDONO

IN SENSO IN SENSO CENTRI=CENTRI=

FUGO RISPETTOFUGO RISPETTO

ALL’ORIGINE ALL’ORIGINE DIDI RE=RE=

PLICAZIONE, FINOPLICAZIONE, FINO

AD INCONTRARSI.AD INCONTRARSI.

TUTTE LE POLIMERASI EUCARIOTICHE (AD ECCEZIONE DELLA TUTTE LE POLIMERASI EUCARIOTICHE (AD ECCEZIONE DELLA ββββββββ) HANNO) HANNO

ATTIVITàATTIVITà 3’3’--5’ ESONUCLEASICA!5’ ESONUCLEASICA!

INIZIOINIZIO

L’INIZIO DELLA REPLICAZIONE NEGLI EUCARIOTI E’ ASSICURATO DALLAL’INIZIO DELLA REPLICAZIONE NEGLI EUCARIOTI E’ ASSICURATO DALLA

ATTIVITA’ CONGIUNTA ATTIVITA’ CONGIUNTA DIDI UN UN COMPLESSO PRIMASI/DNA POL COMPLESSO PRIMASI/DNA POL αααααααα..

IN QUESTO MODO VIENE POLIMERIZZATO L’INNESCO ED UN PICCOLOIN QUESTO MODO VIENE POLIMERIZZATO L’INNESCO ED UN PICCOLO

TRATTO TRATTO DIDI DNA.DNA.

IL IL FATTORE FATTORE DIDI REPLICAZIONE C (RFREPLICAZIONE C (RF--C)C), INSIEME CON , INSIEME CON L’ANTIGENE L’ANTIGENE IL IL FATTORE FATTORE DIDI REPLICAZIONE C (RFREPLICAZIONE C (RF--C)C), INSIEME CON , INSIEME CON L’ANTIGENE L’ANTIGENE

NUCLEARE NUCLEARE DIDI PROLIFERAZIONE CELLULARE (PCNA)PROLIFERAZIONE CELLULARE (PCNA), ATTRAVERSO UN , ATTRAVERSO UN

PROCESSO ATPPROCESSO ATP--DIPENDENTE, FAVORISCE LO SLOGGIAMENTODIPENDENTE, FAVORISCE LO SLOGGIAMENTO

DEL PRECEDENTE COMPLESSO A FAVORE DEL LEGAME DELLA DEL PRECEDENTE COMPLESSO A FAVORE DEL LEGAME DELLA POL POL δδδδδδδδ, ,

PRINCIPALE ENZIMA AGENTE SIA SULLA CATENA LEADING CHE LAGGINGPRINCIPALE ENZIMA AGENTE SIA SULLA CATENA LEADING CHE LAGGING..

QUEST’ULTIMA POLIMERASI E’, DUNQUE, QUEST’ULTIMA POLIMERASI E’, DUNQUE, L’EQUIVALENTEL’EQUIVALENTE

DELLA POL III BATTERICADELLA POL III BATTERICA!!

POLIMERIZZAZIONEPOLIMERIZZAZIONE

LA RIMOZIONE DEGLI INNESCHI VIENE LA RIMOZIONE DEGLI INNESCHI VIENE

EFFETTUATA GRAZIE AD UNAEFFETTUATA GRAZIE AD UNA

RNasiRNasi HH..

LA SALDATURA DEI VARI FRAMMENTI LA SALDATURA DEI VARI FRAMMENTI DIDI

OKAZAKI AVVIENE GRAZIEOKAZAKI AVVIENE GRAZIE

ALLA ALLA LIGASILIGASI!!

IL MODELLO FIN’ORA IL MODELLO FIN’ORA PIùPIù

ACCREDITATO ACCREDITATO DIDI RIPARTIZIONERIPARTIZIONE

DEGLI ISTONIDEGLI ISTONI DURANTE LADURANTE LA

DUPLICAZIONE DEL DNA èDUPLICAZIONE DEL DNA èDUPLICAZIONE DEL DNA èDUPLICAZIONE DEL DNA è

QUELLO QUELLO CONSERVATIVOCONSERVATIVO..

GLI OTTAMERI VECCHI, GLI OTTAMERI VECCHI, CIOèCIOè, ,

CONSERVEREBBERO LA LOROCONSERVEREBBERO LA LORO

IDENTITA’!IDENTITA’!

La replicazione alle estremità dei cromosomiLa replicazione alle estremità dei cromosomi

5’5’

5’5’

5’5’

3’3’

3’3’

3’3’

3’3’

3’3’

5’5’

5’5’

Cromosoma parentaleCromosoma parentale

ReplicazioneReplicazione

++

Dopo la replicazione i nuovi Dopo la replicazione i nuovi segmenti di DNA hanno segmenti di DNA hanno primerprimer di di

RNA all’estremità 5’RNA all’estremità 5’

3’3’ 5’5’

5’5’

5’5’

3’3’

3’3’

3’3’

3’3’

5’5’

5’5’

interruzioneinterruzione

interruzioneinterruzione++

I I primerprimer di RNA sono rimossi, di RNA sono rimossi, lasciando interruzioni ai lasciando interruzioni ai

telomeritelomeri

TelomerasiTelomerasiLa La TelomerasiTelomerasi è un è un complesso complesso ribonucleoproteicoribonucleoproteico costituito dalla costituito dalla trascrittasi trascrittasi inversainversa (componente proteica) [(componente proteica) [TERTTERT: : TelomeraseTelomerase Reverse Reverse TranscriptaseTranscriptase)] e da un )] e da un RNA stampo [RNA stampo [TERCTERC: : TelomeraseTelomerase RNA RNA ComponentComponent]]

Aggiunge ripetizioni Aggiunge ripetizioni telomerichetelomeriche alle estremità alle estremità dei cromosomi, prevenendo la perdita dei dei cromosomi, prevenendo la perdita dei telomeritelomeri dovuta ai continui cicli di replicazionedovuta ai continui cicli di replicazione

La replicazione alle estremità dei cromosomiLa replicazione alle estremità dei cromosomi

αααα

LA LA TELOMERASITELOMERASI E’ E’ ASSENTE NELLEASSENTE NELLE

CELLULE SOMATICHECELLULE SOMATICHE, E’ , E’ PRESENTEPRESENTE

NELLE CELLULE GERMINALINELLE CELLULE GERMINALI, , SI RIATTIVASI RIATTIVA

NELLE CELLULE CANCEROSE NELLE CELLULE CANCEROSE (STAMINALI(STAMINALINELLE CELLULE CANCEROSE NELLE CELLULE CANCEROSE (STAMINALI(STAMINALI

DEL CANCRO). IL NUMERO DEL CANCRO). IL NUMERO DIDI DIVISIONIDIVISIONI

DIDI UNA CELLULA NORMALE DIPANDEUNA CELLULA NORMALE DIPANDE

DALLA LUNGHEZZA DEI TELOMERI.DALLA LUNGHEZZA DEI TELOMERI.