DNA: duplicazione

Durante la fase S del ciclo cellulare, avviene la duplicazione del DNA, un processo fondamentale per la trasmissione del corredo genetico e quindi per il proseguimento della vita stessa; ciò che più dell'incredibile è che le informazioni relative questa autoriproduzione sono contenute nella molecola stessa! Data la notevole importanza, anche la difficoltà del processo lo è eccome: numerosi sono gli enzimi coinvolti e ancora oggi non si possiedono conoscenze del tutto complete. Comunque, le modalità generali con cui avviene tutto ciò sono piuttosto chiare.

• Innanzitutto, occorre precisare che l'autoriproduzione del DNA avviene da una specifica sequenza di nucleotidi, detta origine della duplicazione: la regione in cui essa avviene è detta bolla di duplicazione.
• La duplicazione del DNA non è statica: la descrizione sottostante si riferisce ad una situazione particolare ma il processo è continuo. 
• Il processo è, grossomodo, il seguente:

1. L'autoriproduzione inizia con l'intervento di un enzima mirato alla rottura dei legami a idrogeno tra le basi azotate dei due filamenti, separandoli: trattasi della DNA elicasi.
2. Intervento dell'enzima DNA topoisomerasi che limita l'azione della DNA elicasi (posizionandosi sul "polo" della bolla, la forcella di duplicazione) contemporaneo all'azione delle S.S.B.P. (Single Strand Binding Proteins) che impedisce la riformazione della doppia elica.
3. Intervento dell'enzima DNA primasi che inserisce una sequenza provvisoria composta da nucleotidi di RNA (il primer) in modo da comunicare un punto di partenza per la sintesi vera e propria.
4. Interviene una serie di enzimi definita nell'insieme DNA polimerasi III che è in grado di unire dei nucleotidi già presenti nella cellula (i deossiribonucleotidi trifosfato, siglati in dNTP) nella direzione 5'-3' mediante l'energia prodotta dalla sua azione separante i due gruppi fosfato eccedenti: il filamento che prosegue per quel verso è detto filamento guida, poichè il processo avviene senza rallentamenti.
5. Nel caso dell'antiparallelo, definito filamento in ritardo, la DNA primasi forma numerosi primer, costringendo la DNA polimerasi III ad agire a ritroso e in modo discontinuo (effettuando una sorta di riempimento tra i vari primer, i cosidetti frammenti di Okazaki).
6. I primer di RNA sono sostituiti da nucleotidi di DNA dall'enzima DNA polimerasi I.
7. Intervento dell'enzima DNA ligasi sul filamento in ritardo per renderne l'andamento continuo, mediante l'induzione dei legami covalenti mancanti o poco stabili tra i frammenti di nucleotidi.

• Durante questo processo che avviene in tempi molto brevi (considerate la quantità di informazioni da duplicare) avviene un costante controllo dell'andamento della duplicazione: esso è definito proofreading e consiste nel correggere eventuali errori compiuti. Questo procedimento è già intrinseco nella DNA polimerasi che identifica l'errato inserimento dei nucleotidi complementari; ovviamente, esistono molti altri enzimi protagonisti del proofreading.
• Il processo di proofreading è talmente preciso che in media si riscontrano solamente 1-2 errori al termine della duplicazione di circa 3 miliardi di informazioni: inoltre, per riparare questi errori che possono comunque risultare fatali, la cellula è solitamente in grado di ripararli, evitando così di incorrere ad una mutazione. 
• Esistono diversi altri metodi di proofreading, tra i quali (il più frequente e comune a procarioti ed eucarioti) la riparazione per escissione dei nucleotidi, che avviene grazie agli enzimi della "famiglia" Uvr, oltre che all'azione di DNA ligasi e DNA polimerasi.