La forma
strutturale elicoidale del DNA permette la sua autoriproduzione: la
biomolecola all'inizio del processo si apre lungo la sua linea
mediana come una cerniera, grazie all'enzima denominato elicasi, cosicchè i legami a idrogeno si scindono e le basi azotate appaiate
vengono separate.
L'origine della duplicazione in genere inizia nei
punti dove la timina è legata all'adenina, essendo legate solamente
con un doppio legame a idrogeno. Nel cromosoma circolare dei
procarioti, l'origine della scissione dei due filamenti possiede un
punto fisso, mentre nei cromosomi degli eucarioti, la “bolla di
duplicazione” si propaga fino ad incontrarne un'altra adiacente in
modo bidirezionale.
Dopo che i due filamenti risultano separati,
delle proteine (single-strand binding proteins) si attaccano a
ciascun filamento, affinché rimangano separati.
Successivamente
inizia la fase di sintetizzazione di ogni filamento, catalizzato da
un enzima chiamato DNA polimerasi. Esso aggiunge i nuovi nucleotidi
complementari, grazie ad una struttura provvisoria, l'innesco o
primer, formata da una dozzina di nucleotidi dell'RNA e sintetizzata
dalla proteina DNA primasi.
I nucleotidi si trovano già all'interno
della cellula e posseggono inizialmente tre gruppi fosfato
(desossiribonucleotidi trifosfato, dNTP) e nel momento del loro
inserimento, la DNA polimerasi spezza il legame tra il primo e il
secondo gruppo fosfato, espellendone di conseguenza due e creando l'energia
necessaria per unire i nucleotidi adiacenti.
La duplicazione può
avvenire soltanto da 5' a 3', essendo che l'unico gruppo fosfato
rimasto può legarsi al carbonio 3'. Pertanto ne risulta un filamento
che aggiunge nucleotidi senza interruzione (filamento guida) ed un
altro che è sintetizzato in modo discontinuo (filamento in ritardo)
sotto forma di singoli segmenti (frammenti di Okazaki), lunghi
100-200 nucleotidi nelle cellule eucariote. Dopo essere state usate,
le strutture innesco vengono eliminate e sostituite con DNA
definitivo, legando i vari frammenti con l'enzima DNA ligasi.
Quando la sintesi
di ogni filamento è completata, vi saranno due catene elicoidali di
DNA, ognuna delle quali è formata da un filamento vecchio ed uno
nuovo: la duplicazione è perciò definita semiconservativa.
