DNA è il materiale genetico che definisce ogni cellula. Prima un cellula duplicati ed è diviso in nuovi cellule figlie attraverso entrambi mitosi o meiosi, biomolecole e organelli deve essere copiato per essere distribuito tra le celle. DNA, trovato all'interno del nucleo, deve essere replicato per garantire che ogni nuova cella riceva il numero corretto di cromosomi. Viene chiamato il processo di duplicazione del DNA replicazione del DNA. La replica segue diversi passaggi che coinvolgono più proteine chiamati enzimi di replicazione e RNA. Nelle cellule eucariotiche, come ad esempio cellule animali e cellule vegetali, La replicazione del DNA si verifica nel S fase di interfase durante ciclo cellulare. Il processo di replicazione del DNA è vitale per la crescita, la riparazione e la riproduzione cellulare negli organismi.
Il DNA o l'acido desossiribonucleico è un tipo di molecola nota come a acido nucleico. È costituito da uno zucchero desossiribosio a 5 atomi di carbonio, un fosfato e una base azotata. Il DNA a doppio filamento è costituito da due catene di acidi nucleici a spirale che sono attorcigliate in a
doppia elica forma. Questa torsione consente al DNA di essere più compatto. Per adattarsi al nucleo, il DNA è impacchettato in strutture strettamente arrotolate chiamate cromatina. La cromatina si condensa per formare cromosomi durante la divisione cellulare. Prima della replicazione del DNA, la cromatina si allenta dando ai macchinari della replicazione cellulare l'accesso ai filamenti di DNA.Prima che il DNA possa essere replicato, la molecola a doppio filamento deve essere "decompressa" in due singoli filamenti. Il DNA ha quattro basi chiamate adenina (A), timina (T), citosina (C) e guanina (G) che formano coppie tra i due fili. L'adenina si accoppia solo con la timina e la citosina si lega solo alla guanina. Per srotolare il DNA, queste interazioni tra coppie di basi devono essere interrotte. Questo viene eseguito da un enzima noto come DNA elicasi. Il DNA elicasi distrugge il legame idrogeno tra coppie di basi per separare i trefoli in una forma a Y nota come fork di replica. Quest'area sarà il modello per iniziare la replica.
DNA è direzionale in entrambi i fili, indicato da un'estremità 5 'e 3'. Questa notazione indica quale gruppo laterale è attaccato alla spina dorsale del DNA. Il 5 'fine ha un gruppo fosfato (P) attaccato, mentre il 3 'fine ha un gruppo ossidrile (OH) attaccato. Questa direzionalità è importante per la replica poiché avanza solo nella direzione da 5 "a 3". Tuttavia, il fork di replica è bidirezionale; un filo è orientato nella direzione da 3 'a 5' (filo conduttore) mentre l'altro è orientato da 5 'a 3' (filo in ritardo). I due lati vengono quindi replicati con due processi diversi per adattarsi alla differenza direzionale.
Il filo conduttore è il più semplice da replicare. Una volta separati i filamenti di DNA, un breve pezzo di RNA chiamato a Primer si lega all'estremità 3 'del filo. Il primer si lega sempre come punto di partenza per la replica. I primer sono generati dall'enzima DNA primasi.
Enzimi conosciuti come DNA polimerasi sono responsabili della creazione del nuovo filamento mediante un processo chiamato allungamento. Esistono cinque diversi tipi noti di DNA polimerasi batteri e cellule umane. In batteri come E. coli, polimerasi III è l'enzima di replicazione principale, mentre la polimerasi I, II, IV e V sono responsabili del controllo e della riparazione degli errori. La DNA polimerasi III si lega al filo nel sito del primer e inizia ad aggiungere nuove coppie di basi complementari al filo durante la replicazione. Nelle cellule eucariotiche, le polimerasi alfa, delta ed epsilon sono le principali polimerasi coinvolte nella replicazione del DNA. Poiché la replica procede nella direzione da 5 "a 3" sul filo principale, il filo appena formato è continuo.
Il filo in ritardo inizia la replica legando con più primer. Ogni primer è a sole diverse basi. La DNA polimerasi aggiunge quindi pezzi di DNA, chiamati Frammenti di Okazaki, al filo tra i primer. Questo processo di replica è discontinuo poiché i frammenti appena creati sono disgiunti.
Una volta formati sia i filamenti continui che quelli discontinui, viene chiamato un enzima esonucleasi rimuove tutti i primer RNA dai fili originali. Questi primer vengono quindi sostituiti con basi appropriate. Un altro exonuclease "corregge" il DNA appena formato per controllare, rimuovere e sostituire eventuali errori. Un altro enzima chiamato DNA ligasi unisce i frammenti di Okazaki formando un unico filo unificato. Le estremità del DNA lineare presentano un problema poiché la DNA polimerasi può solo aggiungere nucleotidi nella direzione da 5 ′ a 3 ′. Le estremità dei filamenti parentali sono costituite da sequenze ripetute di DNA chiamate telomeri. I telomeri agiscono come cappucci protettivi all'estremità dei cromosomi per impedire la fusione dei cromosomi vicini. Viene chiamato un tipo speciale di enzima DNA polimerasi telomerasi catalizza la sintesi delle sequenze di telomeri alle estremità del DNA. Una volta completato, il filamento genitore e il suo filamento di DNA complementare si avvolgono nel familiare doppia elica forma. Alla fine, la replica produce due Molecole di DNA, ciascuno con un filamento della molecola madre e un nuovo filamento.
La replicazione del DNA è la produzione di identico Eliche del DNA da una singola molecola di DNA a doppio filamento. Ogni molecola è composta da un filo della molecola originale e da un filo appena formato. Prima della replicazione, il DNA si srotola e si separano. Si forma un fork di replica che funge da modello per la replica. I primer si legano al DNA e le DNA polimerasi aggiungono nuove sequenze di nucleotidi nella direzione da 5 ′ a 3 ′.
Questa aggiunta è continua nel filo principale e frammentata nel filo in ritardo. Una volta completato l'allungamento dei filamenti di DNA, i filamenti vengono controllati per errori, vengono eseguite le riparazioni e le sequenze di telomeri vengono aggiunte alle estremità del DNA.