La replicazione del DNA
Si definisce replicazione il processo di duplicazione semiconservativa del DNA. Il processo è definito semiconservativo poiché le due nuove doppie eliche di DNA sono formate entrambe da uno dei vecchi filamenti e da un nuovo filamento complementare. Grazie alla replicazione, la cellula che si sta dividendo raddoppia il proprio materiale genetico per trasmetterne una copia a ognuna delle due cellule figlie.
La replicazione prende avvio quando, in un punto preciso di inizio, l'enzima DNA-elicasi rompe i legami a idrogeno tra le basi azotate e un breve tratto della doppia elica di DNA si despiralizza. In questo modo sporgono le basi azotate del DNA originario, che servono da "modello" per la formazione del nuovo DNA.
Un altro enzima, la DNA-polimerasi, si sposta lungo ciascun filamento di DNA, dall'estremità 3' all'estremità 5', per riconoscere le basi esposte del filamento "modello" e legare a esse i nucleotidi liberi (precedentemente sintetizzati nel citoplasma e portati all'interno del nucleo) con le basi complementari. La DNA-polimerasi lega anche il gruppo fosfato di un nucleotide al desossiribosio del nucleotide seguente. Si forma così un nuovo filamento di DNA complementare al DNA che fa da "stampo".
Nelle cellule eucarioti la doppia elica di DNA si lega a particolari proteine, gli istoni, per formare fibre di cromatina. Durante la divisione cellulare, la cromatina si avvolge su se stessa dando origine a masserelle molto compatte, i cromosomi . Nelle cellule procarioti le due estremità della catena di DNA si congiungono e si forma un unico filamento circolare.
Nelle cellule procarioti, in cui il DNA è circolare, la replicazione inizia in un solo punto e procede nelle due direzioni opposte, finché non è stato replicato tutto l'anello. Nelle cellule eucarioti il processo avviene simultaneamente in diverse unità di replicazione, una dopo l'altra lungo tutta la doppia elica di DNA; al termine, tutte le unità saranno congiunte.
Per il corretto funzionamento delle cellule figlie è importante che la replicazione avvenga con il minor numero possibile di errori: l'enzima DNA-polimerasi ha la funzione di impedire o rimuovere appaiamenti sbagliati di nucleotidi. Nonostante ciò, durante la replicazione si possono verificare errori, anche se con una frequenza molto bassa (un nucleotide sbagliato su 100 milioni appaiati correttamente). Questi errori provocano un cambiamento nella sequenza delle basi azotate, e di conseguenza dell'informazione genetica, e sono detti mutazioni. Le mutazioni sono alla base della variabilità genetica.