Replicazione del DNA
Sappiamo che, nella riproduzione cellulare (mitosi e meiosi), il DNA di una cellula deve replicarsi. Ma come avviene questo processo, su una molecola avvolta su se stessa e intimamente legata all'elica gemella?
Essenzialmente, si tratta di svolgere la doppia elica, separare i due filamenti, e ricostruire, sopra ognuno dei due, altri due filamenti completementari. Ricordate che ad ogni base azotata si lega una e una sola altra base? Grazie a questa proprietà, ogni filamento funziona da stampo: prendendo dei nucleotidi singoli e legandoli alle basi del filamento, si ottiene la copia esatta dell'altro filamento che vi era legato prima.
Vediamo ora, in dettaglio, come avviene tutto questo.
Per prima cosa la doppia elica deve svolgersi, e a questo pensa l'enzima topoisomerasi. Poi, l'elicasi si occupa di separare i due filamenti, spezzando i legami a idrogeno che li univano: funziona esattamente come il cursore di una cerniera lampo. Per evitare che i due filamenti si leghino nuovamente, subito dopo essere passati per l'elicasi, vengono bloccati da proteine apposta (le proteine SSB - single strand binding protein). Si è formata in questo modo quella che si chiama forca replicativa.
Passiamo adesso alla creazione vera e propria dei nuovi filamenti: la materia prima è costituita da desossiribonucleotidi con tre (non uno) gruppi fosfato (ad esempio, desossiadenosina trifosfato, dATP, o dTTP, dGTP, dCTP - più genericamente dNTP). Vi ricorda qualcosa? Se vi ricordate che l'ATP (adenosina trifosfato) è il principale "trasportatore di energia" della cellula, noterete la grande somiglianza.
Questa materia prima deve però essere legata ai filamenti "stampo": questo è compito delle DNA polimerasi, in particolare (dato che ne esistono più tipi, usati in casi diversi) della DNA polimerasi III nei procarioti, e delle DNA polimerasi δ e ε negli eucarioti.
Le DNA polimerasi hanno però una grave mancanza: non sono capaci di cominciare la sintesi del filamento senza attaccarsi ad un iniziatore, una sequenza anche piccola di nucleotidi già legata all'elica "stampo". Per risolvere questo problema entra in gioco la primasi: un particolare tipo di RNA polimerasi (l'enzima che trascrive il codice genetico non come DNA ma come RNA) che si piazza accanto all'elicasi (e insieme formano il primosoma) e in alcuni punti dei due filamenti che si separano piazza delle corte catene di RNA (di una decina di nucleotidi) dalle quali la DNA polimerasi potrà iniziare a trascrivere il codice genetico. Questi iniziatori ( primer ) vengono poi rimossi da altri enzimi, e la DNA polimerasi riempie il buco vuoto lasciato.
Come se non bastasse, la DNA polimerasi ha anche un altro difetto: può trascrivere un filamento di DNA solo in un senso (precisamente, attaccandosi all'estremità 3' dell'iniziatore, e andando verso l'estremità 5' del filamento padre), così solo uno dei due filamenti che si separano potrà avere la sua DNA polimerasi che sintetizza di continuo il nuovo filamento, inseguendo l'elicasi che separa le eliche, mentre sull'altro filamento (dove la sintesi procede nella direzione opposta, allontanandosi dall'elicasi) la primasi dovrà lasciare molti primer, in modo che tante DNA polimerasi sintetizzino ognuna un frammento di DNA. Avremo quindi un filamento guida, quello dove la sintesi avviene in continuo, e un filamento lento, che viene completato a pezzi.