XVIII - La replicazione del DNA. I parte: il lavoro dell'amanuense

Il DNA contiene l’informazione necessaria per la sintesi di tutte le proteine della cellula. È necessario perciò che ad ogni divisione cellulare, ognuna delle due cellule figlie che si originano da una cellula madre (in laboratorio questo avviene ogni 24 ore circa) erediti l’intera informazione genetica in modo corretto. Se una cellula non eredita tutti i geni o se alcuni geni vengono duplicati o mutati, l’effetto potrebbe essere disastroso. Questo richiede che ad un certo momento della vita della cellula il DNA venga duplicato attraverso un processo biochimico complesso chiamato “replicazione del DNA”. 

Entrare nella descizione degli aspetti biochimici della replicazione del DNA, o discutere i meccanismi complessi che regolano questo evento renderebbe la cosa molto complicata. Voglio cercare solo di farvi intuire in che modo la struttura stessa del DNA sia importante per la replicazione del DNA e conseguentemente dell’informazione genica. Per gli amanti dei computer si può paragonare questo processo alla duplicazione dell’informazione digitale contenuta su un CD.

E’ utile questo punto rivedere il modello della cerniera. Infatti, grazie alla complementarietà dei due filamenti, è molto facile dal punto di vista logico immaginare come duplicare il DNA: basta separare i due filamenti (denaturare la doppia elica) e utilizzare ogni filamento come stampo per costruirne uno complementare secondo le regole di appaiamento delle basi.  Ritorniamo al nostro esempio utilizzando un codice colore per distinguere meglio i due filamenti:

Filamento Watson 5’- ATCGTAAGCT -3’

Filamento Crick    3’- TAGCATTCGA -5’

Denaturiamo la doppia elica e otteniamo due molecole a singolo filamento

Filamento Watson 5’- ATCGTAAGCT -3’

Filamento Crick 3’- TAGCATTCGA -5’

Utilizzando la regola della complementarietà e affacciamo ad ogni A una T ed ad ogni G una C. In questo modo otteniamo due doppie eliche di DNA identiche a quella originale.

Filamento Watson parentale   5’- ATCGTAAGCT -3’

Filamento Crick nuovo            3’- TAGCATTCGA -5’

Filamento Watson nuovo    5’- ATCGTAAGCT -3’

Filamento Crick parentale  3’- TAGCATTCGA -5’

Non potremmo fare nulla di simile con le proteine. Non possiamo utilizzare una proteina come stampo per farne una copia. Proprio per questa differenza il DNA (e non la proteina) è la molecola ideale per conservare l’informazione genica.

La replicazione del DNA prevede la denaturazione transiente solo di brevi tratti di DNA. Questo perché le molecole di DNA a singolo filamento sono molto più sensibili a rotture, il che aumenterebbe il tasso di mutazione dei geni a livelli incompatibili con la vita.

La strategia utilizzata prevede che la denaturazione e la replicazione avvengano quasi contestualmente all’interno di grossi macchinari formati da numerose proteine tra le quali le DNA polimerasi, ovvero gli  enzimi  che sintetizzano i nuovi filamenti di DNA. Con il termine enzimi si chiamano le  proteine che fanno delle reazioni chimiche o che permettono il verificarsi di reazioni chimiche che altrimenti non si realizzerebbero nella cellula.

La “replicazione del DNA” è una reazione estremamente complessa e fedele (non fa errori) che coinvolge centinaia di proteine differenti ed una serie di meccanismi di controllo. Pensate ad un amanuense che deve copiare un libro sacro, ad esempio la Bibbia. Immaginate quale problema interpretativo potrebbe nascere se Lui introducesse degli errori! La cellula spende molta energia per mantenere il più stabile possibile la sequenza di DNA ed evitare che vengano introdotte sostituzioni di che alterino il messaggio o che si rompa la molecola. Da un punto di vista energetico, questo processo costa moltissimo alla cellula: è il prezzo che si deve pagare per mantenere intatta l’informazione genetica.