Una caratteristica essenziale del DNA è che deve essere in grado di replicarsi accuratamente, in modo che quando una cellula si divide, il codice genetico possa essere trasmesso alle cellule figlie. La replicazione del DNA consiste nel copiare il DNA esattamente in modo che vengano prodotte nuove molecole con esattamente la stessa sequenza di basi dei filamenti originali. La replicazione del DNA avviene nel nucleo durante l’interfase del ciclo cellulare, quando il DNA non è strettamente avvolto.

 Questo processo non avviene in modo casuale. Servono: i nucleosidi trifosfati per fare la nuova molecola, il DNA preesistente, il complesso di replicazione, l’innesco o primer (RNA) e numerose proteine. Un enzima chiamato elicasi decomprime una regione della molecola di DNA e i nucleotidi vengono aggiunti in un processo graduale che li collega tra loro e alle loro basi complementari in un’area nota come forcella di replicazione (Fig.16.01).

1) Il primo passo nel processo è la ‘decompressione‘ dei due fili. La DNA elicasi si muove lungo la doppia elica, svolgendo i due filamenti, che si separano l’uno dall’altro quando i legami idrogeno relativamente deboli tra le basi si rompono.

2 )Il secondo passo. I nucleotidi spaiati sono esposti e ogni singolo filamento funge ora da stampo per la formazione di un nuovo filamento complementare. I nucleotidi liberi si posizionano: C si accoppia con G e A si accoppia con T.

3)Il terzo passo. Le basi nucleotidiche libere formano coppie complementari con le basi sui singoli filamenti di DNA. La DNA polimerasi è l’enzima coinvolto nel collegamento dei nuovi nucleotidi in posizione. Infine, le due nuove molecole di DNA vengono riavvolte, formando ciascuna una nuova doppia elica.

Negli eucarioti, la trascrizione avviene nel nucleo e la traduzione nel citoplasma.

Le sezioni di DNA che codificano per particolari proteine sono conosciute come geni. I geni contengono specifiche sequenze di basi in gruppi di tre, chiamate triplette. Alcune terzine controllano dove inizia e finisce la trascrizione. I due nuovi filamenti di DNA prodotti sono assolutamente identici ai filamenti originali. L’accoppiamento di basi complementari tra il filamento modello e il nuovo filamento assicura che venga creata una copia accurata del DNA originale ogni volta che si verifica la replicazione. Si dice che la replicazione del DNA sia semi-conservativa perché nessuna molecola di DNA è mai completamente nuova, perché ogni doppia elica contiene un filamento “originale” e uno “nuovo”. I due nuovi filamenti di DNA prodotti sono assolutamente identici ai filamenti originali. L’accoppiamento di basi complementari tra il filamento modello e il nuovo filamento assicura che venga creata una copia accurata del DNA originale ogni volta che si verifica la replicazione. Sono stati gli studi di Meselson e Stahl sulla molecola di DNA a chiarire il meccanismo: ogni molecola è mai completamente nuova. Ogni doppia elica contiene un filamento “originale” e uno “nuovo”. I due nuovi filamenti di DNA prodotti sono assolutamente identici ai filamenti originali. L’accoppiamento di basi complementari tra il filamento modello e il nuovo filamento assicura che venga creata una copia accurata del DNA originale ogni volta che si verifica la replicazione (Fig.16.02).

Come si forma nuovo DNA: la primasi si lega al filamento stampo e sintetizza un RNA primer, poi

intervengono le DNA polimerasi che allungano il filamento, legando in modo covalente 1 nucleotide per volta, dall’estremità 5’ all’estremità 3’, dove il filamento presenta 1 gruppo ossidrile(-0H) libero sul C3’del desossiribosio terminale. L’allungamento procede in modo diverso sui 2 filamenti di DNA: il filamento guida si duplica velocemente, il filamento lento procede in modo discontinuo e a ritroso, creando spazi vuoti, colmati dai frammenti di Okazaki, che poi vengono uniti insieme dall’enzima DNAligasi.

In molti eucarioti le estremità dei cromosomi hanno delle sequenze ripetitive chiamate telomeri (negli umani TTAGGG ripetuta 2500 volte). A questi tratti si legano speciali proteine che rendono stabile l’estremità del cromosoma. Nel complesso processo di duplicazione possono avvenire errori per cause fortuite o fatti esterni come alterazioni chimiche esterne.

Le cellule dispongono di 3 meccanismi di riparazione, con l’intervento del DNA polimerasi:

1) Correzione di bozze del DNA ;

2) La riparazione dei disappaiamenti,

3) La riparazione per escissione.

Durante la replicazione del DNA, il materiale genetico viene accuratamente copiato, ma il ruolo principale del DNA è quello di dirigere le attività della cellula. Lo fa controllando le proteine che la cellula produce. Enzimi, ormoni e molte altre importanti molecole biochimiche sono proteine, che controllano ciò che la cellula diventa, ciò che sintetizza e come funziona(Fig.16.03).