La duplicazione del DNA

Questo è uno schema riassuntivo del processo di duplicazione, o replicazione, del DNA. Qui il processo è molto semplificato e analizzato in varie situazioni ma nella realtà questo avviene in modo continuo e molto rapidamente.

1. All'inizio della duplicazione i due filamenti di DNA sono divisi dall'elicasi, questo enzima rompe i legami a idrogeno che ci sono tra le basi azotate. Si forma così una "bolla di duplicazione". 
2. A questo unto intervengono la DNA topoisomerasi, che limita l'azione dell'elicasi e la tensione dovuta da questo enzima, e le single strand binding proteins, proteine singole che evitano la riformazione della doppia elica.
3. Dopo di che entra in azione l'enzima DNA primasi che inserisce una sequenza provvisoria di nucleotidi di RNA
4. Ora, il DNA è composto a due filamenti antiparalleli (5' 3' e 3' 5'), ma la duplicazione avviene in direzione 5' 3' quindi i due filamenti continuano la loro duplicazione in modo differente: il filamento in direzione 5' 3' (detto leading) viene sintetizzato continuamente, l'altro (detto lagging o filamento in ritardo, con direzione 3' 5') in modo discontinuo, il DNA polimerasi III (un altro enzima) agisce a ritroso a piccoli pezzetti, i frammenti di Okazaki.
5. Infine i nucleotidi di RNA sono sostituiti da quelli di DNA dall'enzima polimerasi I.

Ecco un video sulla replicazione dl DNA:

Il DNA

Il DNA fu isolato per la prima volta nel 1869 (stesso decennio in cui Darwin pubblica "L'origine delle specie" e Mendel comunica i suoi risultati sulla genetica) dal tedesco Friedrich Mischer. Egli gli aveva dato il nome di nucleina o acido nucleico per via della sua locazione, ma fu in seguito cambiato in acido desossiribonucleico. Grazie a molti esperimenti si scoprì che il DNA era formato da nucleotidi (monomeri, molecole semplici) ognuno dei quali è composto da una base azotata, da uno zucchero a 5 atomi di carbonio, appunto il desossiribosio, e da un gruppo fosfato. Le basi azotate possono essere di due tipi: le purine, adenina e guanina, e le piramidine, citosina e timina. 

Watson, Crick, Wilkins e Franklin

Watson (a destra) e Crick (a sinistra)

Agli inizi degli anni Cinquanta, uno scienziato statunitense, James Watson, si recò a Cambrige per i suoi studi sulle proteine. Ed è in un laboratorio che incontra il fisico inglese Francis Crick. I due hanno un interesse comune: lo studio della struttura del Dna, così iniziano insieme i loro studi. All'epoca di Watson e Crick erano già presenti alcune conoscenze sulla struttura del DNA: si sapeva infatti che era molto grande, filiforme, formata da nucleotidi contenenti una base azotata (purina o piramidina), uno zucchero (desossiribosio) e un gruppo fosfato.  

Nel 1950, Linus Pauling dimostrò che le proteine potevano avere una forma elicoidale grazie ai legami a idrogeno che si formano.

Maurice Wilkins

Rosalind Franklin

Watson e Crick incontrarono altri due scienziati inglesi che lavoravano all'università di Londra anche loro interessati alla struttura del DNA, sono Maurice Wilkins e Rosalind Franklin. Nel 1953 Franklin pubblicò una foto del DNA a raggi X, ella è anche la prima a ipotizzare la forma a doppia elica del DNA. In seguito Watson scoprì che alcune parti del DNA sono sempre presenti con lo stesso valore, quindi sono in coppia, poi insieme a Crick costruì il modello a doppia elica del DNA. Nel 1962, quattro anni dopo la morte di Franklin,  Watson, Crick e Wilkins ricevono il premio Nobel per la medicina e la fisiologia.  

Riproduzione cellulare

La riproduzione cellulare ha due possibilità: la mitosi e la meiosi.

Nella mitosi (video) partendo da una cellula madre si hanno due cellule figlie identiche alla madre (con stesso materiale genetico).

Nella meiosi (animazione) partendo da una cellula madre si hanno quattro cellule figlie diverse.

Video sulla mitosi e meiosi.