17 Maggio 2022
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Cosa succede quando il tuo DNA viene danneggiato Ted Ed?

Il DNA di una sola delle tue cellule viene danneggiato decine di migliaia di volte al giorno.

Moltiplica questo per i circa cento trilioni di cellule del tuo corpo, e avrai un quintilione di errori nel DNA ogni giorno. E poiché il DNA fornisce il modello per le proteine di cui le tue cellule hanno bisogno per funzionare, i danni causano problemi seri, come il cancro. Gli errori si presentano in forme diverse. A volte i nucleotidi, gli elementi costitutivi del DNA, vengono danneggiati, altre volte i nucleotidi vengono accoppiati in modo errato, causando mutazioni, e le intaccature in uno o entrambi i filamenti possono interferire con la replicazione del DNA, o anche causare la confusione di sezioni di DNA. Fortunatamente, le vostre cellule hanno modi per risolvere la maggior parte di questi problemi il più delle volte. Queste vie di riparazione si basano tutte su enzimi specializzati. Diversi rispondono a diversi tipi di danno. Un errore comune è quello delle discordanze di base. Ogni nucleotide contiene una base, e durante la replicazione del DNA, l’enzima DNA polimerasi deve portare il partner giusto per accoppiarsi con ogni base su ogni filamento modello. L’adenina con la timina e la guanina con la citosina. Ma circa una volta ogni centomila aggiunte, commette un errore. L’enzima cattura subito la maggior parte di questi, e taglia alcuni nucleotidi e li sostituisce con quelli corretti. E nel caso in cui ne abbia mancato qualcuno, una seconda serie di proteine lo segue per controllare. Se trovano un mismatch, tagliano il nucleotide sbagliato e lo sostituiscono. Questo è chiamato riparazione del mismatch. Insieme, questi due sistemi riducono il numero di errori di mismatch di base a circa uno su un miliardo. Ma il DNA può essere danneggiato anche dopo la replicazione. Molte molecole diverse possono causare cambiamenti chimici ai nucleotidi. Alcune di queste provengono dall’esposizione ambientale, come alcuni composti nel fumo di tabacco. Ma altre sono molecole che si trovano naturalmente nelle cellule, come il perossido di idrogeno. Alcuni cambiamenti chimici sono così comuni che hanno enzimi specifici incaricati di invertire il danno. Ma la cellula ha anche percorsi di riparazione più generali. Se solo una base è danneggiata, di solito può essere riparata da un processo chiamato riparazione per escissione della base. Un enzima taglia via la base danneggiata, e altri enzimi entrano per tagliare intorno al sito e sostituire i nucleotidi. La luce UV può causare danni che sono un po’ più difficili da riparare. A volte, fa sì che due nucleotidi adiacenti si attacchino insieme, distorcendo la forma a doppia elica del DNA. Danni come questo richiedono un processo più complesso chiamato riparazione per escissione del nucleotide. Un gruppo di proteine rimuove un lungo filamento di circa 24 nucleotidi e li sostituisce con altri nuovi. Le radiazioni ad alta frequenza, come i raggi gamma e i raggi X, causano un altro tipo di danno. Possono effettivamente recidere uno o entrambi i filamenti della spina dorsale del DNA. Le rotture a doppio filamento sono le più pericolose. Anche una sola può causare la morte cellulare. I due percorsi più comuni per riparare le rotture a doppio filamento sono chiamati ricombinazione omologa e non-homologous end joining. La ricombinazione omologa usa una sezione non danneggiata di DNA simile come modello. Gli enzimi intrecciano i filamenti danneggiati e quelli non danneggiati, li fanno scambiare sequenze di nucleotidi e alla fine riempiono le lacune mancanti per ritrovarsi con due segmenti completi a doppio filamento. L’end joining non omologo, d’altra parte, non si basa su un modello. Invece, una serie di proteine taglia alcuni nucleotidi e poi fonde le estremità rotte di nuovo insieme. Questo processo non è così accurato. Può far sì che i geni vengano confusi o spostati. Ma è utile quando il DNA della sorella non è disponibile. Naturalmente, le modifiche al DNA non sono sempre negative. Le mutazioni benefiche possono permettere l’evoluzione di una specie. Ma il più delle volte, vogliamo che il DNA rimanga lo stesso. Difetti nella riparazione del DNA sono associati all’invecchiamento precoce e a molti tipi di cancro. Quindi, se stai cercando una fontana della giovinezza, è già in funzione nelle tue cellule, miliardi e miliardi di volte al giorno.

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Il DNA di una sola delle tue cellule viene danneggiato decine di migliaia di volte al giorno.

Moltiplica questo per i circa cento trilioni di cellule del tuo corpo e avrai un quintilione di errori di DNA ogni giorno. E poiché il DNA fornisce il modello delle proteine di cui le tue cellule hanno bisogno per funzionare, i danni causano problemi seri, come il cancro. Gli errori si presentano in forme diverse. A volte i nucleotidi, gli elementi costitutivi del DNA, vengono danneggiati, altre volte i nucleotidi vengono accoppiati in modo errato, causando mutazioni, e le intaccature in uno o entrambi i filamenti possono interferire con la replicazione del DNA, o anche causare la confusione di sezioni di DNA. Fortunatamente, le vostre cellule hanno modi per risolvere la maggior parte di questi problemi il più delle volte. Queste vie di riparazione si basano tutte su enzimi specializzati. Diversi rispondono a diversi tipi di danno. Un errore comune è la mancata corrispondenza delle basi. Ogni nucleotide contiene una base, e durante la replicazione del DNA, l’enzima DNA polimerasi dovrebbe portare il partner giusto per accoppiarsi con ogni base su ogni filamento modello. L’adenina con la timina e la guanina con la citosina. Ma circa una volta ogni centomila aggiunte, commette un errore. L’enzima cattura subito la maggior parte di questi, e taglia alcuni nucleotidi e li sostituisce con quelli corretti. E nel caso in cui ne abbia mancato qualcuno, una seconda serie di proteine viene dietro di essa per controllare. Se trovano un mismatch, tagliano il nucleotide sbagliato e lo sostituiscono. Questo è chiamato riparazione del mismatch. Insieme, questi due sistemi riducono il numero di errori di mismatch di base a circa uno su un miliardo. Ma il DNA può essere danneggiato anche dopo la replicazione. Molte molecole diverse possono causare cambiamenti chimici ai nucleotidi. Alcune di queste provengono dall’esposizione ambientale, come alcuni composti nel fumo di tabacco. Ma altre sono molecole che si trovano naturalmente nelle cellule, come il perossido di idrogeno. Alcuni cambiamenti chimici sono così comuni che hanno enzimi specifici incaricati di invertire il danno. Ma la cellula ha anche percorsi di riparazione più generali. Se solo una base è danneggiata, di solito può essere riparata da un processo chiamato riparazione per escissione di base. Un enzima taglia via la base danneggiata, e altri enzimi entrano per tagliare intorno al sito e sostituire i nucleotidi. La luce UV può causare danni che sono un po’ più difficili da riparare. A volte, fa sì che due nucleotidi adiacenti si attacchino insieme, distorcendo la forma a doppia elica del DNA. Danni come questo richiedono un processo più complesso chiamato riparazione per escissione del nucleotide. Un gruppo di proteine rimuove un lungo filamento di circa 24 nucleotidi e li sostituisce con altri nuovi. Le radiazioni ad alta frequenza, come i raggi gamma e i raggi X, causano un diverso tipo di danno. Possono effettivamente recidere uno o entrambi i filamenti della spina dorsale del DNA. Le rotture a doppio filamento sono le più pericolose. Anche una sola può causare la morte cellulare. I due percorsi più comuni per riparare le rotture a doppio filamento sono chiamati ricombinazione omologa e non-homologous end joining. La ricombinazione omologa usa una sezione non danneggiata di DNA simile come modello. Gli enzimi intrecciano i filamenti danneggiati e quelli non danneggiati, li fanno scambiare sequenze di nucleotidi, e infine riempiono le lacune mancanti per finire con due segmenti completi a doppio filamento. L’end joining non omologo, d’altra parte, non si basa su un modello. Invece, una serie di proteine taglia alcuni nucleotidi e poi fonde le estremità rotte di nuovo insieme. Questo processo non è così accurato. Può far sì che i geni vengano confusi o spostati. Ma è utile quando il DNA della sorella non è disponibile. Naturalmente, le modifiche al DNA non sono sempre negative. Le mutazioni benefiche possono permettere l’evoluzione di una specie. Ma la maggior parte delle volte, vogliamo che il DNA rimanga lo stesso. Difetti nella riparazione del DNA sono associati all’invecchiamento precoce e a molti tipi di cancro. Quindi, se stai cercando una fontana della giovinezza, è già in funzione nelle tue cellule, miliardi e miliardi di volte al giorno.

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