Modelli di replicazione del DNA

Dopo la scoperta della struttura del DNA, gli scienziati si concentrarono sul comprendere come questa molecola si replicasse. Furono proposti tre possibili modelli di replicazione:

1. Dispersivo
2. Semiconservativo
3. Conservativo

Highlight: Gli studi di Watson e Crick suggerivano un modello semiconservativo, ma questa ipotesi necessitava di conferme sperimentali.

Per determinare quale modello fosse corretto, nel 1957 fu condotto un importante esperimento utilizzando isotopi di azoto. I ricercatori usarono batteri Escherichia coli (E. coli) coltivati su substrati contenenti azoto pesante (15N) e poi trasferiti su substrati con azoto leggero (14N).

Esempio: Dopo la prima riproduzione, i batteri mostravano un peso intermedio, escludendo il modello conservativo. Dopo la seconda riproduzione, metà dei batteri aveva peso intermedio e metà peso leggero, confermando il modello semiconservativo.

Questo esperimento dimostrò che durante la replicazione del DNA, ogni nuovo filamento utilizza come stampo uno dei filamenti parentali, mentre l'altro filamento viene sintetizzato ex novo.

Filamenti veloce e lento nella replicazione del DNA

La duplicazione del DNA avviene in modo diverso sui due filamenti a causa della loro orientazione opposta:

1. Filamento veloce (Leading strand):

   • L'estremità 3' si avvicina all'apertura della spirale
   • Una volta posizionato il primer, l'allungamento avviene in modo continuo

2. Filamento lento (Lagging strand):

   • L'estremità 3' si allontana dall'apertura della spirale
   • La sintesi avviene in modo discontinuo, formando i frammenti di Okazaki

Highlight: La DNA polimerasi è l'enzima chiave responsabile dell'allungamento dei nuovi filamenti, creando legami covalenti tra i nucleotidi.

Definizione: Il primer è una breve sequenza di RNA complementare al DNA, necessaria per iniziare la sintesi del nuovo filamento. Alla fine della replicazione, il primer viene eliminato e sostituito da DNA.

La replicazione sul filamento lento richiede un processo più complesso a causa della direzione di sintesi opposta alla direzione di apertura della doppia elica.

I Frammenti di Okazaki

I frammenti di Okazaki sono segmenti di DNA sintetizzati discontinuamente sul filamento lento.

Definition: Sono brevi segmenti di DNA sintetizzati in direzione 5' → 3' che vengono poi uniti dall'enzima DNA ligasi.

Highlight: La sintesi discontinua è necessaria perché la DNA polimerasi può lavorare solo in una direzione mentre il filamento stampo va nella direzione opposta.