Scoperta del DNA e della sua struttura e tutte le caratteristiche, Appunti di Biologia. liceo scientifico
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Scoperta del DNA e della sua struttura e tutte le caratteristiche, Appunti di Biologia. liceo scientifico

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Scoperta del DNA e della sua struttura e tutte le caratteristiche
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La natura del DNA

Il DNA venne isolato per la prima volta dal medico Friedrich Miescher nel 1869, nello stesso decennio in cui Darwin pubblicava la sua opera, L’origine delle specie, e Mendel comunicava i risultati delle sue ricerche alla Società di Storia Naturale di Brunn. La sostanza isolata da Miescher era zuccherina, leggermente acida e contenente fosforo. Poiché era stata trovata soltanto nei nuclei delle cellule, venne chiamata acido nucleico. Il nome venne in seguito modificato in acido desossiribonucleico per distinguere questa sostanza, in base alle sue caratteristiche chimiche, da una simile, l’acido ribonucleico (RNA). Grazie a diversi e interessanti esperimenti condotti agli inizi del secolo scorso, negli anni ’40 era noto anche che il DNA è costituito da nucleotidi. Ogni nucleotide è composto da una base azotata, da uno zucchero a 5 atomi di carbonio chiamato desossiribosio e un gruppo fosfato. Vi sono due tipi di basi azotate: le purine, che presentano la struttura a due anelli, e le pirimidine, che hanno un solo anello. Nel DNA vi sono due tipi di purine, l’adenina(A) e la guanina (G), e due tipi di pirimidine, la citosina (C) e la timina (T). Pertanto, il DNA è costituito da quattro tipi di nucleotidi che differiscono soltanto per il tipo di purina o di pirimidina. Nel 1943, dopo quasi dieci anni di lunghe analisi chimiche e numerosi esperimenti condotti sui batteri, Theodore Avery e i suoi collaboratori erano arrivati a stabilire che fosse il DNA, e non le proteine, il materiale genetico della cellula, ma fu necessario molto tempo prima che questa scoperta fosse pienamente riconosciuta. Ciò accadde in parte perché i batteri, in quanto procarioti, erano considerati organismi <<inferiori>> e un po’ <<speciali>>, e in parte perché la molecola del DNA, costituita solamente da quattro diversi nucleotidi, sembrava essere troppo semplice per il comportamento enormemente complesso di portare l’informazione ereditaria.

Gli esperimenti con i batteriofagi

Attorno al 1940 ebbe inizio una serie di esperimenti fondamentali che utilizzavano un altro tipo di organismo destinato a diventare molto importane nella ricerca, come le piante di pisello usate da Mendel o i moscerini della frutta di Morgan. Gli organismi, particolarmente adatti per la sperimentazione, sono virus che attaccano i batteri e che per questo sono detti batteriofagi (“mangiatori di batteri”). I batteriofagi scelti inizialmente per questi esperimenti furono quelli che infettano Escherichia coli, uno tra i più comuni batteri dell’intestino umano. I batteriofagi, comunemente chiamati fagi, sono poco costosi, possono essere facilmente tenuti in laboratorio e richiedono poco spazio e modeste attrezzature; inoltre, si riproducono in tempi brevissimi: dopo 20 o 25 minuti dall’attacco del virus, la cellula batterica si disgrega liberando centinaia di nuovi virus, ciascuno dei quali è una copia esatta del batteriofago infettante. Un altro vantaggio interessante di fagi è la loro forma molto particolare che rende semplice la loro identificazione al microscopio elettronico. L’analisi chimica dei batteriofagi rivelò che sono costituiti quasi esclusivamente da DNA e proteine, i due tipi di molecole organiche che negli anni Quaranta del secolo scorso erano i principali concorrenti al ruolo di materiale genetico. La questione su quale molecola costituisse i geni virali, cioè il materiale ereditario che dirige la sintesi di nuovi virus all’interno della cellula batterica, fu risolta nel 1952, nei laboratori di genetica di Cold Spring Harbor (New York), da Alfred D. Hershey e Martha Chase. Il loro semplice ma genitale esperimento è riassunto nella figura; prima di osservare la figura, tenete presente che le proteine contengono zolfo (presente negli amminoacidi metionina e cisteina) ma non fosforo, mentre il DNA contiene fosforo ma non zolfo. Hershey e Chase prepararono due campioni separati di fagi: uno contenente l’isotopo radioattivo del fosforo 32P , che veniva incamerato dal DNA, mentre l’altro contenente l’isotopo radioattivo dello zolfo 35S, che veniva incamerato dalle proteine; i due isotopi radioattivi quindi marcavano, rispettivamente, il DNA e le proteine. Una coltura di batteri fu infettata dal fago marcato con 32P e l’altra coltura dal fago marcato con 35S. Per ogni coltura, dopo l’inizio del ciclo virale, i batteri infettati vennero agitati in un frullatore, per separarli dal materiale virale rimasto fuori da essi. In seguito la miscela venne centrifugata, per dividere i batteri che, essendo più pesanti, precipitavano, dai fagi e dai loro frammenti che, essendo più leggeri, rimanevano in sospensione. Campioni di materiale extracellulare e intracellulare di ogni cultura vennero esaminati per la ricerca della radioattività. Hershey e Chase scoprirono che l’isotopo radioattivo 35S era rimasto fuori dalle cellule batteriche, insieme all’involucro virale vuoto, mentre l’isotopo radioattivo 32P era

entrato nelle cellule ed era presente anche nelle nuove particelle virali. Grazie a questo esperimento si riuscì a dimostrare che solamente il DNA dei batteriofagi era coinvolto nel processo di duplicazione e che le proteine non potevano costituire il materiale ereditario. A.D. Hershey, insieme a Max Delbruck e allo scienziato di origine italiana Salvatore Luria, vinse il premio Nobel per la medicina nel 1969. Successivamente, le fotografie eseguite al microscopio elettronico confermarono che questo tipo di batteriofagi si attacca alla parete della cellula batterica per mezzo delle fibre della cosa e vi inietta il DNA che contiene nella testa. Il rivestimento proteico vuoto è abbandonato al di fuori della cellula. In breve, le proteine fungono da contenitore del DNA dei batteriofagi, mentre è il DNA che entra nella cellula e che, portando il messaggio ereditario completo del virus, è in grado di dirigere la formazione di nuovo DNA virale e di nuove proteine virali.

Ulteriori conferme del ruolo del DNA

Gli esperimenti sulla duplicazione virale fornirono prove molto convincenti dell’ipotesi che il DNA fosse il materiale genetico. Ad avvalorare ulteriormente questo concetto contribuirono i risultati di altre due ricerche sperimentali. Nella prima Alfred Mirsky, in un lunga serie di accurati studi, dimostrò che, in genere, le cellule somatiche di una qualsiasi specie di organismi contengono uguali quantità di DNA, mentre i gameti contengono esattamente la metà del DNA presente nelle cellule somatiche. Una seconda importante serie di risultati fu fornita d Erwin Chargaff. Questo scienziato analizzò il contenuto di purine e pirimidine del DNA di molte specie di esseri viventi e giunse alla conclusione che le basi azotate non sono sempre presenti in proporzioni uguali. La proporzione delle quattro basi azotate è la stessa in tutte le cellule di tutti gli individui di una determinata specie, ma varia da una specie a un’altra. Queste variazioni suggeriscono che le quattro basi azotate potessero costituire un “linguaggio” in grado di dare le istruzioni necessarie al controllo delle cellule e portare le informazioni ereditarie. Alcuni dei risultati di Chargaff sono riportati nella tabella. Riuscite, esaminando questa tabella, a trarre qualche interessante conclusione riguardo alle proporzioni delle quattro basi azotate? Questi dati fornirono degli utili indizi anche per la comprensione della struttura molecolare del DNA.

13.2 Il modello di Watson e Crick

Agli inizi degli anni ’50 del secolo scorso, un giovane scienziato americano, James Watson, si recò a Cambridge, in Inghilterra, con una borsa di studio per una ricerca sulle strutture proteiche e, al Cavendish Laboratory, incontrò il fisico Fransis Crick. Entrambi erano interessati anche al DNA e ben presto cominciarono a lavorare insieme per cercare di risolvere il problema della struttura molecolare; essi non eseguirono veri e propri esperimenti, ma condussero un esame razionale di tutti i dati allora noti sul DNA, cercando di organizzarli in modo logico.

Dati già disponibili

Ai tempi in cui Watson e Crick iniziarono i loro studi erano già disponibili parecchie informazioni: si sapeva, per esempio, che la molecola di DNA era di grandi dimensioni, lunga e filiforme, ed era formata da nucleotidi, ognuno contenente una base azotata (purina o pirimidina), una molecola di zucchero (desossiribosio) e un gruppo fosfato. Linus Pauling aveva dimostrato nel 1950 che le proteine possono avere una struttura elicoidale, dovuta ai legami a idrogeno che si formano tra le spire adiacenti dell’elica. Pauling aveva anche avanzato l’ipotesi che la struttura del DNA potesse essere simile, ipotesi confermata in seguito dagli studi ai raggi X condotti da Maurice Wilkins e Rosalind Franklin presso il King’s College di Londra. Infine, vi erano i dati di Chargaff che indicavano che la proporzione dei nucleotidi di DNA contenenti timina e di quelli contenenti adenina è di circa 1:1, e lo stesso vale per guanina e citosina.

Costruzione del modello

Partendo da questi dati Watson e Crick cercarono di costruire un modello di DNA che fosse in accordo con i fatti già noti e spiegasse il suo ruolo biologico. Per poter essere portatrici di una quantità così vasta di informazioni genetiche, le molecole di DNA dovevano essere eterogenee e varie; inoltre, doveva esistere un qualche meccanismo di duplicazione rapido e preciso, capace di produrre copie fedeli del patrimonio ereditario da trasmettere da cellula a cellula e di generazione in generazione. Mettendo insieme tutti i dati conosciuti, Watson e Crick furono in grado di dedurre che il DNA è una doppia elica molto lunga e spiralizzata. Per visualizzare questo modello si può immaginare di prendere una scala a pioli e ruotarla in modo da formare una spirale, mantenendo i pioli perpendicolari all’asse di rotazione. I due montanti della scala rappresentano una sequenza di molecole di zucchero e fosfato alternate (lo scheletro zucchero-fosfato), mentre ogni piolo perpendicolare ai montanti rappresenta due basi azotate appaiate, adenina (A), timina (T) o guanina (G), e citosina (C). Le basi appaiate si incontrano sull’asse centrale dell’elica e sono unite da legami a idrogeno, i legami rispettivamente deboli che, come abbiamo visto, Pauling aveva già individuato nelle proteine. Ogni base forma inoltre un legame covalente con la molecola di zucchero nel tratto di montante adiacente a essa. La distanza tra i due montanti, calcolata in base alle fotografie ottenute da Rosalind Franklin con la tecnica della cristallografia a raggi Z, è di 2 nanometri. La combinazione di due pruine misurerebbe più di 2 nanometri, mentre due pirimidine appariate occuperebbero meno di 2 nanometri; ma se una purina risultasse sempre appaiata a una pirimidina, ci sarebbe una perfetta corrispondenza e, in ogni suo punto, la molecola di DNA presenterebbe sempre la stessa larghezza. Da ciò si dedusse che le basi appaiate, cioè i “pioli” della scala, devono sempre essere combinazioni di una purina con una pirimidina. Procedendo su questa strada, Watson e Crick arrivarono a costruire un modello del DNA in stagno e ferro, collocando al posto giusto ogni pezzo di questo “puzzle” tridimensionale. Lavorando con il loro modello scoprirono che i nucleotidi, lungo un singolo filamento della doppia elica, potevano essere disposti in qualunque ordine. Dal momento che una molecola di DNA può essere lunga migliaia di nucleotidi, è possibile ottenere un numero enorme di molecole diverse grazie alle moltissime sequenze di basi possibili; in questo modo la molecola di DNA soddisfa uno dei requisiti fondamentali del materiale genetico. Un’altra scoperta emozionante si ebbe quando Watson e Crick cominciarono a costruire il filamento corrispondente. Essi si trovarono di fronte a un altro importante vincolo: non solo le purine non potevano appaiarsi con altre purine, e le pirimidine con altre pirimidine, ma, a causa della struttura delle basi azotate, anche il numero dei legami era prestabilito. L’adenina poteva appaiarsi soltanto con la timina mediante due legami a idrogeno (A=T) e la guanina soltanto con la citosina formando tre legami a idrogeno (GΞC). Le basi appaiate sono perciò complementari. Riprendendo in esame la tabella, è possibile osservare come queste informazioni chimiche spieghino i dati di Chargaff. Come si può notare nella figura, i filamenti hanno una direzione. In ogni filamento ciascun gruppo fosfato è preceduto e seguito da una molecola di zucchero; tuttavia, da una parte il gruppo fosfato si lega al quinto atomo di carbonio dell’anello dello zucchero (ossia, in posizione 5’), mentre dall’altra si attacca al terzo atomo di carbonio dello zucchero (in posizione 3’). Perciò ogni filamento ha un’estremità 5’ (che termina con un gruppo fosfato) e un’estremità 3’ (che termina, invece, con un gruppo ossidrilico OH-). All’interno della doppia elica i due filamenti corrono in senso opposto: se su ciascun filamento la direzione all’estremità 5’ alla 3’ venisse indicata con una freccia, le due frecce avrebbero direzioni opposte. I filamenti vengono perciò definiti antiparalleli. Per convenzione, si scrive la sequenza di un filamento seguendo la direzione da 5’ a 3’: per esempio, nella figura la sequenza del filamento rappresentato a sinistra è GACTT. Da questo modello di DNA emerge dunque che, lungo una catena della doppia elica i nucleotidi possono essere disposti in un ordine qualunque, almeno dal punto di vista chimico, ma la loro sequenza determinerà l’ordine dei nucleotidi dell’altra catena, in quanto le basi azotate sono complementari.

DNA portatore di informazioni

Un requisito fondamentale del materiale genetico è la capacità di portare informazioni. Grazia al modello di Watson e Crick si riuscì a mostrate in che modo la molecola di DNA possa portare le informazioni genetiche: tali informazioni sono scritte nella sequenza di basi azotate e qualunque sequenza di basi è possibile. Poiché il numero di coppie di basi appaiate varia da circa 5000 per i virus più semplici a circa 6 miliari nei 46

cromosomi umani, le variazioni possibili raggiungono un numero astronomico. Il DNA contenuto in una cellula umana, che per esteso raggiungerebbe una lunghezza di quasi 2 metri, può contenere informazione equivalenti a 600000 pagine stampate, ognuna di 500 parole, oppure a una biblioteca di circa un migliaio di volumi. Si capisce perciò come la struttura del DNA possa contenere le istruzioni per l’infinita diversità degli esseri viventi.

13.3 La duplicazione del DNA

Un’altra caratteristica fondamentale del materiale genetico è la capacità di consentire copie esatte di se stesso; nella struttura doppia e complementare dell’elica del DNA è contenuto il meccanismo che permette questa autoriproduzione. Al momento della duplicazione dei cromosomi, la molecola si apre lungo la linea mediana come una cerniera lampo e le basi appaiate si separano a livello dei legami a idrogeno. A mano a mano che i due filamenti si separano, essi fungono da stampo: ciascuno dirige la sintesi di un nuovo filamento complementare che avviene grazie all’utilizzo dei nucleotidi già presenti nella cellula. Se sul vecchio filamento (o stampo) è presente un nucleotide con la base azota T, soltanto A potrà prendere il posto corrispondente sul nuovo filamento; allo stesso modo G si appaierà soltanto con C e via di seguito. In questo modo ogni filamento forma una copia di quello a cui era appaiato originariamente e vengono prodotte alla fine due copie identiche della molecola iniziale. L’annosa questione di come l’informazione ereditaria poteva essere duplicata e trasmessa, generazione dopo generazione, era stata risolta.

Meccanismo di duplicazione del DNA

La duplicazione del DNA si verifica durante la fase S del ciclo cellulare ed è l’evento portante della duplicazione dei cromosomi. Nella maggior parte delle cellule eucariote la duplicazione del DNA è seguita dalla mitosi, mentre nelle cellule che danno origine ai gameti è seguita dalla meiosi. Il processo è assai rapido: per esempio, nell’uomo e nei mammiferi vengono posizionati circa 50 nucleotidi al secondo, mentre nei procarioti si arriva anche a più di 500 nucleotidi al secondo. Lo schema generale della duplicazione del DNA, secondo cui ogni filamento della doppia elica serve da stampo per la costruzione di un nuovo filamento, è piuttosto semplice e facilmente comprensibile; invece, il meccanismo mediante il quale la cellula realizza la duplicazione stessa è molto più complesso. Come altre reazioni biochimiche cellulari, la duplicazione del DNA necessita di un gran numero di enzimi differenti, ognuno specifico nel catalizzare una particolare fase del processo. L’identificazione dei principali enzimi, delle loro funzioni specifiche e delle fasi della duplicazione ha richiesto un certo numero di anni e molti sforzi da parte dei numerosi scienziati che lavoravano nei vari laboratori. Benché le nostre conoscenze non siano ancora del tutto complete, oggi le modalità generali con cui avviene questo processo sono chiare. La duplicazione del DNA inizia sempre da na specifica sequenza di nucleotidi, detta punto di origine della duplicazione, che richiede particolari proteine di attivazione ed enzimi (per esempio le elicasi) che spezzino i legami a idrogeno che tengono unite le basi azotate complementari, aprendo la doppia elica in modo che la duplicazione possa iniziare. Una volta che si sono separati i due filamenti, altre proteine si attaccano ai singolo filamenti per tenerli separati. In questo modo si rende possibile la fase successiva, ossia l’effettiva sintesi del nuovo filamento, che è catalizzata da un gruppo di enzimi noti come DNA-polimerasi. Se si osserva il DNA in duplicazione con un microscopio elettronico, la regione in cui avviene la sintesi sembra quasi un “occhio”, la bolla di duplicazione. A entrambe le estremità della bolla, dove i vecchi filamenti vengono separati e stanno per essere sintetizzati i nuovi filamenti complementari, la molecola forma una struttura a Y, nota come forcella di duplicazione. La duplicazione avviene in due direzioni opposte rispetto al punto di origine, perciò la duplicazione viene definita bidirezionale. Quando si è completata la sintesi dei nuovi filamenti si separano in due nuove doppie eliche costituite ciascuna da un filamento vecchio e da un filamento nuovo, per questo la duplicazione del DNA si dice semiconservativa. Nel cromosoma circolare dei procarioti vi è un unico punto di origine della duplicazione, mentre nelle cellule eucariote ve ne sono molti in ogni cromosoma: lungo i cromosomi lineari eucarioti la duplicazione si verifica a mano a mano che la bolla si propaga nelle due

direzioni fino a incontrare una bolla adiacente; di conseguenza, nel momento in cui tutte le bolle si sono fuse tra loro l’intero cromosoma sarà stato duplicato.

Proofreading

Un aspetto significativo della duplicazione del DNA è che le DNA-polimerasi hanno una funzione di proofreading (correzione della lettura). Durante la sintesi possono avvenire alcuni errori, come per esempio l’aggiunta di un nucleotide sbagliato al filamento in costruzione; in tal caso, il nucleotide aggiunto al filamento non sarebbe complementare al nucleotide del filamento stampo. Le DNA-polimerasi sono in grado di aggiungere nucleotidi al filamento solo se i nucleotidi già inseriti sono appaiati esattamente ai loro nucleotidi complementari sul filamento stampo. Se si verifica un errore, questi enzimi invertono la propria direzione di marcia, rimuovendo i nucleotidi fino a che incontrano un nucleotide correttamente appaiato. A questo punto le DNA-polimerasi iniziano di nuovo a muoversi in avanti aggiungendo, via via che procedono, nucleotidi al filamento in crescita. La capacità di leggere le sequenze e di rimuovere i nucleotidi che non sono appaiati in modo corretto è detta proofreading; essa garantisce una precisa duplicazione del DNA. Oltre al proofreading, che avviene durante la duplicazione del DNA, altri enzimi controllano costantemente la doppi elica del DNA della cellula. Ogni volt che incontrano una coppia di nucleotidi non esattamente appaiati, gli enzimi riparatori tagliano nel punto dell’errore e sostituiscono il nucleotide sbagliato con quello giusto; questo processo è fondamentale per il mantenimento dell’integrità del patrimonio genetico. Tale integrità potrebbe essere compromessa da agenti esterni in grado di modificare e danneggiare la struttura molecolare del DNA; questi fattori possono quindi provocare mutazioni talvolta pericolose. Uno degli errori più comuni che possono accadere è la perdita spontanea di una purina e la formazione di legami covalenti tra pirimidine adiacenti; questo è quanto accade talvolta in presenza di radiazioni ultraviolette, come può succedere alle persone che si espongono ai raggi solari in modo eccessivo. Se, per qualche motivo, il dispositivo di correzione della lettura non funzionasse, tali mutazioni si accumulerebbero nel corso del tempo provocando lesioni della pelle che potrebbero degenerare in tumori.

Duplicazione del DNA in laboratorio

Nel 1986 il biochimico statunitense Kary B. Mullis, premio Nobel per la chimica nel 1993, mise a punto un metodo di laboratorio per produrre copie multiple di frammenti di DNA; mediante questa tecnica, detta reazione a catena della polimerasi (PCR), si è in grado di prendere un piccolissimo campione di DNA e, in poche ore, di sintetizzare in vitro milioni di copie di un suo specifico segmento. Questa reazione a catena richiede la conoscenza delle sequenze nucleotidiche di ciascuna estremità del segmento di Dna che si vuole copiare. Il campione di DNA viene posto in una soluzione che contiene molecole di DNA-polimerasi, grosse quantità dei quattro nucleotidi che si trovano nel DNA e sequenze di DNA, lunghe circa 20 nucleotidi e complementari alle sequenze di ciascuna estremità del segmento desiderato, che fungono da primer.

Frammenti di Okazaki e telomeri

Come abbiamo visto nel paragrafo 13.2, i due filamenti che compongono una molecola di DNA sono antiparalleli in quanto, se osserviamo in entrambi la direzione da 5’ a 3’, essere procedono in senso opposto; pertanto, a ogni estremità di una doppia elica, un filamento presenterà l’estremità 5’ e l’altro l’estremità 3’. Quando la molecola di DNA si duplica, ogni filamento in via di formazione può aggiungere nuovi nucleotidi soltanto in direzione da 5’ a 3’; di conseguenza, mentre il filamento complementare al filamento stampo (che ha direzione da 3’ a 5’) può allungarsi in maniera continua senza interruzioni, l’altro filamento dovrebbe allungarsi in direzione da 3’ a 5’ per seguire la direzione della duplicazione. Poiché ciò non è possibile, la duplicazione del filamento con direzione da 5’ a 3’ avviene a ritroso, cioè a partire dalla forcella di duplicazione. Il filamento che può aggiungere nucleotidi senza interruzioni e si allunga nella stessa direzione in cui si sposta la forcella di duplicazione è detto filamento guida (leading strand). L’altro filamento, invece, è chiamato filamento in ritardo (lagging strand) e viene sintetizzato in modo discontinuo sotto forma di singoli segmenti assemblati in direzione da 5’ a 3’ e poi collegati tra loro grazie all’enzima DNA-

ligasi. Questi segmenti sono detti frammenti di Okazaki (dal nome del biochimico giapponese che li ha scoperti) e sono lunghi 100-200 nucleotidi nelle cellule eucariote e 10 volte tanto in quelle procariote. Sul filamento guida il punto di attacco per le DNA-polimerasi è unico e si trova all’inizio del filamento da duplicare; sul filamento in ritardo, invece, i punti in cui le DNA-polimerasi si devono attaccare per aggiungere via via i nucleotidi complementari sono molteplici e si trovano di volta in volta sempre in prossimità della forcella di duplicazione. Tali punti sono segnalati dalla presenza di un filamento provvisorio di RNA (chiamato primer o innesco) che viene sintetizzato da uno speciale enzima detto primasi. In sostanza, sul filamento in ritardo le DNA-polimerasi non possono catalizzare la sintesi dei frammenti di Okazaki se non trovano un punto di attacco (il primer) sul filamento da duplicare; a mano a mano che la doppia elica di DNA stampo si srotola, le DNA-polimerasi catalizzano la sintesi dei frammenti mancanti muovendosi correttamente in direzione da 5’ a 3’ e, quindi, in direzione opposta a quella in cui si muove la forcella. Dopo essere stati utilizzati, i filamenti provvisori di RNA vengono eliminati e sostituiti col DNA definitivo; in seguito i vari frammenti sono legati insieme dall’enzima DNA-ligasi, in modo che anche il filamento in ritardo possa assumere un andamento continuo. La duplicazione procede fino a quando tutto il DNA è stato duplicato. Nei cromosomi eucarioti, tuttavia, le DNA-polimerasi dei filamenti in ritardo non sono in grado di completare la sintesi dell’ultimo frammento di Okazaki in quanto l’ultima sequenza innesco di RNA, una volta rimossa, non può essere sostituita da DNA; alla sua prima duplicazione, quindi, ogni cromosoma tenderebbe ad accorciarsi perdendo così la sua normale funzionalità. In realtà nessuna parte dell’informazione genetica contenuta nei cromosomi viene perduta perché, a entrambe le estremità, molti cromosomi possiedono brevi sequenze nucleotidiche (5’-TTAGGG-3’ nei vertebrati) ripetute numerose volte (2500 nei cromosomi umani); queste sequenze sono dette telomeri. A ogni duplicazione ciascun filamento si accorcia dai 50 ai 200 nucleotidi di DNA telomerico; in questo modo, un cromosoma può duplicarsi dalle 20 alle 50 volte circa prima che si perda il suo contenuto genetico e che la cellula muoia. Questo è uno dei motivi per cui le cellule vivono meno dell’organismo di cui fanno parte; non tutte le cellule, tuttavia, muioiono così in fretta perché alcune hanno trovato il modo di risintetizzare il DNA telomerico perso durante la duplicazione mantenere in tal modo integri i loro cromosomi. L’enzima che permette la ricostruzione dei telomeri mancanti si chiama telomerasi. Di particolare importanza è la scoperta che la telomerasi è normalmente presente solo in alcuni tipi di cellule, come quelle del midollo osseo e riproduttive, ma si trova anche nel 90% delle cellule cancerose e consentono loro di duplicarsi in modo continuo. Approfondite ricerche su questo enzima potranno fornire agli scienziati un ulteriore contributo per combattere questa malattia. Negli ultimi 10 anni gli scienziati hanno studiato la telomerasi anche in rapporto all’invecchiamento delle cellule, in generale, le cellule di vario tipo hanno una durata di vita piuttosto precisa che dipende dal numero di volte che essi si possono duplicare (circa 80 volte nei neonati e sono 10-20 volte nelle persone anziane). Recenti esperimenti hanno dimostrato che in qualche caso è possibile, mediante l’inserimento nel DNA del gene che codifica per la telomerasi, allungare la vita delle cellule ritardando in questo modo il loro invecchiamento e, di conseguenza, l’invecchiamento del relativo tessuto corporeo.

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