R E P L I C A C I Ó N del A D N

R E P L I C A C I Ó N del A D N
(Conservación de la información genética)
La reproducción de los seres requiere la transmisión fiel de la información genética de padres a hijos, o de célula a célula. Puesto que
dicha información reside en el ADN, resulta imprescindible un mecanismo que permita la replicación exacta del ADN genómico.
CARACTERÍSTICAS DE LA REPLICACIÓN DEL ADN
La replicación del ADN ocurre en la fase S del ciclo celular y presenta tres características, comunes a células procariotas y eucariotas:
Es semiconservativa, bidireccional y semidiscontinua.
Replicación semiconservativa.
En un principio, se propusieron tres modelos de replicación: conservativa, semiconservativa y dispersiva
(Dibujo en pg.265).
Según el modelo de replicación semiconservativa, aceptado actualmente, las dos hebras del ADN
progenitor se separan y actúan como molde o patrón para la síntesis de dos nuevas hebras cuya secuencia
de bases es complementaria a la hebra molde, según las reglas del apareamiento (A-T, G-C).
De esta manera, cada una de las cadenas hijas estará formada por una hebra del ADN progenitor y otra
de nueva formación (azul en el gráfico del margen)..
La demostración experimental de este modelo fue realizada en 1958 por los biólogos moleculares estadounidenses Meselson y Stahl trabajando con cultivos de bacterias
Escherichia coli (descrito en pg.265).
Replicación bidireccional.
La replicación comienza en zonas del ADN donde existen secuencias específicas de nucleótidos, que son reconocidas por los enzimas,
y que determinan la señal de inicio u origen de replicación.
En dichas regiones comienza la separación de las dos hebras del ADN y avanza en sentidos opuestos, formándose dos horquillas de
replicación (ver más adelante).
(NOTA.- Se conocen casos excepcionales de replicación unidireccional en el ADN mitocondrial, algunos plásmidos bacterianos-290- y algunos virus, de cadena simple).
Replicación semidiscontinua.
- Una de las cadenas, la que copia la hebra 3' ÷ 5', se sintetiza de manera continua en sentido 5' ÷ 3' siguiendo el avance de la horquilla
de replicación. Es la denominada hebra conductora o adelantada.
- La otra hebra, cadena retrasada o retardada, que copia la hebra patrón en dirección 5' ÷ 3', se sintetiza en sentido contrario al avance
de la horquilla de replicación, por lo que se forma de manera discontinua en forma de cortos fragmentos de ADN (fragmentos de Okazaki).
Acerca de las ADN polimerasas . . .
Son las enzimas que catalizan la síntesis de ADN. Se conocen tres en procariotas y cinco en eucariotas. Sobre ellas debemos hacer
las siguientes observaciones:
a) Ninguna de ellas puede partir de cero, es decir, necesitan un trozo de ADN o ARN preformado que actúa como cebador o
iniciador de la síntesis (en inglés, “primer”) al cual añaden desoxirribonucleótidos en su extremo -OH-3'.
b) Sólo generan nuevo ADN en dirección 5' ÷ 3', es decir, recorren la “cadena molde” en la dirección 3' ÷ 5', por lo que la replicación de
una cadena se realiza de forma continua -hebra adelantada- mientras que la otra -hebra retrasada- se genera a trozos, conocidos como
fragmentos de OKAZAKI (porciones de ADN descubiertos en 1968 por la bióloga japonesa Reiji Okazaki. Estos inician su síntesis en el punto de apertura
de la horquilla de replicación, y desde aquí crecen hasta encontrarse con el formado inmediatamente antes).
REPLICACIÓN del ADN en PROCARIOTAS (Según Kornberg)
Presenta las siguientes particularidades:
- La molécula de ADN está anclada a un mesosoma, repliegue de la membrana celular. La replicación se inicia por el punto de anclaje
en el cual existe la secuencia de nucleótidos correspondiente a la señal de inicio u origen de replicación.
- La síntesis es bidireccional.
- El ADN se sintetiza por medio de las ADN polimerasas, de las que se conocen tres tipos en procariotas (y 5 en eucariotas):
- ADN polimerasa I.- Actúa en síntesis, reparación de moléculas y tiene actividad exonucleasa, es decir, separa nucleótidos
de una cadena.
- ADN polimerasa II.- De función poco conocida.
- ADN polimerasa III.- Es la principal en el proceso de replicación, forma un complejo enzimático (267).
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MECANISMO.1- La cadena de ADN se desespiraliza y abre por rotura de los puentes de H que unen las bases: La enzima helicasa abre la doble
hélice, la topoisomerasa elimina tensiones, las llamadas proteínas estabilizadoras (SSB) mantienen la doble hélice abierta.
2- Una ARN polimerasa (denominada “primasa”), capaz de actuar sin cebador, sintetiza trozos de ARN (“prímer”) que servirán de
cebador a la ADN polimerasa III, la cual une nucleótidos nuevos al extremo -OH-3' del ARN cebador, utilizando nucleótidos Tri-P
existentes en el citoplasma que, a su vez, suministran la energía necesaria para el proceso. Así nacen los fragm. de Okazaki.
Ambas enzimas utilizan como patrón una cadena de ADN y generan cadenas complementarias a éste.
3- La ADN polimerasa I, por su actividad exonucleasa, separa los trozos de ARN y, puesto que es una polimerasa, rellena los huecos
que van quedando.
4- Una ADN ligasa une todos los fragmentos de ADN recién formados.
* Ambas cadenas se forman simultáneamente y a trozos conforme se expanden las dos horquillas de replicación (ver gráficos adjuntos).
÷ Resultado final = 2 moléculas de ADN con una hebra antigua y otra nueva.
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REPLICACIÓN del ADN en EUCARIOTAS
Presenta ciertas diferencias con respecto a los procariotas, aunque no afectan al mecanismo fundamental:
- Existen 5 tipos de ADN polimerasa.
- La célula eucariota contiene mucho más ADN que la procariota. Si la replicación tuviera un único punto de iniciación tardaría meses.
Existen, por ello, cientos de puntos de iniciación en cada cromosoma. Las unidades de replicación se denominan replicones (sintetizan
fragmentos de 100 a 150 nucleótidos).
- La velocidad de síntesis es unas 50 veces menor que en procariotas. También es bidireccional.
- Simultáneamente a la replicación, se van sintetizando las histonas y formando los nuevos nucleosomas (De ahí que en eucariotas se
debe pensar en replicación de la cromatina más que del ADN).
Gráficos varios
ADN: Replicación
semiconservativa
Las tres teorías sobre la duplicación del ADN
ADN: Replicación en procariotas
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