La duplicazione del DNA e le mutazioni geniche

Il DNA (o acido desossiribonucleico) costituisce il materiale genetico degli esseri viventi ed è un polimero formato da lunghe catene i cui monomeri sono i nucleotidi.

Nel DNA ogni nucleotide è composto da un gruppo fosfato, uno zucchero pentoso ( il desossiribosio) e una base azotata che può essere purina (adenina o guanina) o una pirimidina (citosina o timina). I monomeri sono uniti tra loro grazie ai gruppi fosfato che per mezzo di legami covalenti formano dei “ponti” tra lo zucchero di un nucleotide e quello del nucleotide successivo.

Il modello della struttura di DNA che ancora oggi è utilizzato, fu presentato per la prima volta nel 1953 dall’inglese Francis Crick e dal suo collega americano Watson con il nome di “modello a doppia elica”. Nella loro presentazione la molecola di DNA presentava due lunghe catene avvolte tra di loro a formare una doppia elica che aveva un diametro costante poiché c’è il principio di complementarietà delle basi (ad una purina corrisponde una pirimidina e viceversa).

La duplicazione del DNA è il processo mediante il quale da una molecola di Dna si ottengono due molecole uguali alla molecola madre. Si verifica ogni volta che una cellula si divide poiché viene raddoppiato il patrimonio genetico. La produzione di una doppia elica ha un meccanismo semiconservativo siccome ognuna delle due eliche formate contiene un filamento vecchio e un filamento nuovo. Nel processo di duplicazione sono coinvolti diversi enzimi.

Nella prima fase la molecola deve aprirsi come una cerniera e questo avviene grazie all’enzima dna elicasi che despiralizza la doppia elica rompendo i legami a idrogeno. Nei procarioti la duplicazione avviene in un solo punto mentre negli organismi eucarioti avviene in 20/25 punti diversi. In contemporanea alla despiralizzazione alcune proteine chiamate SSB (single strand Binding) si legano ai filamenti despiralizzati non facendo più chiudere la doppia elica.

Nella seconda fase si formano delle bolle di duplicazione. La DNA polimerasi permette l’aggiunta di alcuni nucleotidi liberi ai due filamenti che si stanno formando, questo avviene a livello della forcella di duplicazione (che è una biforcazione a y).

Per dare il via alla duplicazione abbiamo bisogno di un primer (una decina di nucleotidi di RNA) in quanto la dna polimerasi non è in grado di iniziare il processo dal nulla ma può solo aggiungere basi ad un filamento preesistente. Il primer comincia ad aggiungere basi e dopo aver aggiunto un certo numero di basi va via e l’RNA viene sostituito con il DNA. La sintesi avviene sempre in direzione 5-3 e i due filamenti sono antiparalleli e complementari.

Visto che i filamenti sono sintetizzati in modo antiparallelo, solo un filamento è sintetizzato in modo continuo (filamento guida) mentre l’altro è sintetizzato in modo discontinuo (filamento in ritardo), formando sequenze di 100/200 nucleotidi nelle cellule eucariotiche e di 1000/2000 nucleotidi nelle cellule procariotiche che prendono il nome di frammenti di Okazaki (dallo scienziato giapponese Reiji Okazaki che vinse il premio Nobel per la chimica anche grazie agli studi condotti riguardo a questi argomenti). La DNA ligasi è un altro enzima ed ha il compito di riunire i frammenti di Okazaki. Nonostante la complessità di questo meccanismo, il livello di sicurezza è molto elevato grazie ad un’attività di correzione della lettura. Quando avviene un errore di accoppiamento tra le basi azotate, le DNA polimerasi si bloccano retrocedendo fino ad incontrare una coppia di nucleotidi appaiata correttamente.

Nonostante questo possono lo stesso verificarsi degli errori che portano a modifiche del patrimonio genetico, chiamate mutazioni. Esistono 3 grandi tipi di mutazioni: quelle genomiche quando viene alterato il numero di cromosomi, quelle cromosomiche quando viene modificata la struttura di un intero cromosoma e quelle geniche che coinvolgono solo qualche nucleotide e per questo sono dette puntiformi. Inoltre le modificazioni si distinguono in germinali (possono essere trasmesse alla prole ed interessano la produzione dei gameti) e somatiche (interessano tutte le altre cellule e non possono essere trasmesse alla prole).

Sebbene le mutazioni risultino nella maggior parte dei casi svantaggiose possono raramente dare origine a modificazioni vantaggiose del fenotipo ed essere quindi selezionate nei processi di evoluzione della specie. Le mutazioni possono verificarsi per più motivi:

  • Per delezione: quando viene perso un nucleotide
  • Per inserzione: quando viene aggiunto un nucleotide
  • Per sostituzione: quando un nucleotide viene sostituito con un nucleotide errato

Nei primi due casi si avrà una sequenza di nucleotidi sfalsata e per questo vengono chiamate anche “mutazioni frameshift”. In questi casi tutte le triplette verranno tradotte in un modo completamente errato. La sostituzione di un nucleotide invece può avere effetti diversi che vanno dalla formazione di una proteina non funzionante ad effetti non percepibili.

A seconda degli effetti che si avranno possiamo dividere le mutazioni in altri 3 gruppi:

  • Mutazioni silenti: sono abbastanza frequenti e non hanno effetti gravi sulla proteina prodotta. Si verificano quando la tripletta che si forma a seguito della sostituzione codifica per lo stesso amminoacido di prima
  • Mutazioni di senso: in cui la tripletta che si forma codifica per un amminoacido diverso da quello originale. In questo caso ci possono essere alterazioni più o meno gravi.
  • Mutazioni di non senso: in cui la tripletta che si viene a formare rappresenta un codone di stop. In questi casi viene prodotta una proteina incompleta e non funzionante.

Le mutazioni possono anche non dipendere da fattori esterni ed in questo caso vengono chiamate mutazioni spontanee. Possono essere legate anche ad errori durante la meiosi, ad errori della DNA polimerasi ed all’instabilità delle basi azotate. Le mutazioni spontanee possono essere aumentate da agenti esterni come alcuni agenti che modificano le basi azotate, altri che hanno una struttura molecolare simile a quella delle normali basi e quindi vengono incorporati nel DNA ed altri che sono capaci di inserirsi tra due coppie di basi del DNA.

BIBLIOGRAFIA:

Scienze Naturali Vol. 3 – 2ªEd. – Mondadori

SITOGRAFIA:

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