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CONSERVACIÓN DE LA INFORMACIÓN GENÉTICA: REPLICACIÓN
La replicación o duplicación del ADN consiste en sintetizar, a partir de una molécula inicial
(molécula madre), dos moléculas idénticas entre sí (molécula hijas). La replicación permite a las
células hijas contener el mismo contenido de ADN que la célula madre.
PRINCIPALES CARACTERÍSTICAS DE LA REPLICAIÓN:
1. Es SEMICONSERVATIVA: cada molécula de ADN está formada por una cadena de ADN
original y otra recién sintetizada.
2. Se produce por ADICIÓN DE NUCLEÓTIDOS EN EL
SENTIDO 5` 3`.La cadena nueva crece al unirse su extremo
hidroxilo 3`al grupo fosfato del nucleótido complementario,
mediante un enlace fosfodiéster.
3. Es BIDIRECCIONAL: a partir de un punto dado del
cromosoma, la replicación avanza hacia los dos lados, de
manera que se va desenrollando el ADN en ambos sentidos. Es
decir, se forman dos horquillas de replicación* que avazan
en sentidos opuestos, uno a la izquierda del punto de inicio y
otro a la derecha.
*Cada horquilla de replicación está constituida por dos
cadenas abiertas del ADN molde y por la cadena de nueva síntesis.
Según avanza la replicación, se observan dos horquillas
moviéndose a lo largo del ADN, en sentidos opuestos, a partir
de un punto de origen, formando las denominadas burbujas
de replicación.
En virus y bacterias (procariotas), hay un único punto de inicio,
mientras en que en eucariotas, hay varios.
Se denomina replicón a cada fragmento de
ADN que se replica a partir de un único origen.
La síntesis avanza hasta que los replicones
vecinos se fusionan y todo el ADN está
duplicado.
4. Es SEMIDISCONTINUA: en una cadena
(llamada conductora) se sintetizan fragmentos
bastante grandes de forma continua, mientras
que en la otra (llamada retardada) la síntesis es
discontinua, es decir, se sintetizan pequeños fragmentos de una forma separada y después se unen.
Son los FRAGMENTOS DE OKAZAKI. Esto se debe a que las dos cadenas de ADN son
antiparalelas y a uqe la síntesis siempre es 5´ 3´. Al avanzar la horquilla de replicación, la síntesis
ocurre en sentidos opuestos en ambas cadenas. Sólo una de ellas sirve para la síntesis continua de
ADN, mientras que en la otra se necesitan muchos puntos de iniciación, dando lugar a la síntesis de
pequeños fragmentos constituidos por unos 50 nucleótidos de ARN y entre 1000 y 2000 de ADN.
La iniciación de la síntesis de cada fragmento necesita un extremo hidroxilo libre, que es
proporcionado por un fragmento de ARN (denominado cebador). El ARN cebador es sintetizado
por el ARN polimerasa que no
necesita
cebador
para
comenzar. Después la ADN
polimerasa
sintetiza
el
fragmento de ADN. Por
último se elimina el fragmento
de ARN, se rellena el hueco de
ADN y mediante una ligasa, se
unen todos los fragmentos.
ENZIMAS DE LA REPLICACIÓN
1. ARN polimerasa (primasa): sintetiza el ARN cebador.
2. HELICASAS: desenrollan la hélice del ADN (rompen puentes de hidrógeno)
3. TOPOISOMERASAS: eliminan las tensiones producidas por las helicasas.
4. PROTEÍNAS SSB: estabilizan el ADN desenrollado. Impide que se enrede.
5. NUCLEASAS: dan lugar al origen d replicación, eliminan los cebadores.
6. LIGASAS: sellan los huecos rellenados por ADN tras eliminar los fragmentos de Okazaki.
7. ADN POLIMERASAS: cataliza la formación de enlaces fosfodiester (unen nucleótidos) entre
nucleótidos y van añadiendo uno complementario al de la cadena molde. Necesita energía
(nucleótidos trifosfato, ATP) para catalizar la reacción.
La ADN polimerasa une el nucleótido correcto gracias a la geometría de su centro activo y de los
nucleótidos.
MECANISMO DE LA REPLICACIÓN: INICIO, ELONGACIÓN, TERMINACIÓN
1. INICIO: se denomina ORIGEN DE
REPLICACIÓN al punto donde comienza
la replicación (secuencia de bases GATC).
En el se separan las dos cadenas de ADN
por la acción de las siguientes enzimas:
helicasas, topoisomerasas, y SSB. Como el
sentido es bidireccional, hay una helicasa
actuando en un sentido y otra en el
opuesto. Se forma así la burbuja de
replicación en la que hay dos zonas en
forma de Y, llamadas cadenas de ADN.
2. ELONGACIÓN O FORMACIÓN DE
LAS NUEVAS CADENAS DE ADN: la
síntesis
de los nuevos fragmentos
coenzimas con la síntesis por la enzima
primasa de un pequeño fragmento de
ARN cebador, que es complementario del
fragmento correspondiente de ADN. La
ADN polimerasa III reconoce nucleótidos
de la cadena molde y la empareja con los
dNTP libres según la complementariedad
de bases (A-T y G-C).
Por cada cadena del ADN molde se mueve
una ADN polimerasa. En la síntesis de cada
fragmento de Okazaki intervienen la
primasa que sintetiza el ARN cebador, la
ADN polimerasa que sintetiza el ADN. Las
enzimas ligasas unen fragmentos de ADN
que estaban libres.
3. TERMINACIÓN: tienen lugar cuando las dos horquillas de replicación del cromosoma se
encuentran y se han formado dos cromosomas circulares
DIFERENCIAS ENTRE LA REPLIACIÓN EN PROCARIOTAS Y EUCARITOTAS
Aunque los rasgos esenciales de la replicación del ADN en procariotas y eucariotas son los mismos,
también diferencias significativas, relacionadas con el mayor tamaño y la mayor complejidad del
material genético de los eucariotas.
Se diferencian:
 En el número de puntos de origen de la replicación
 En el tamaño de los fragmentos de Okazaki
 Las enzimas ADN polimerasas
 El lugar donde se produce el proceso y
 La coordinación del mismo con la síntesis de histonas eucariotas.
En los cromosomas de los eucariotas, el ADN está asociado a HISTONAS formando
nucleosomas. Esto requiere que la replicación esté coordinada con la síntesis de histonas.
La cantidad de ADN de las células eucariotas es muchísimo mayor que la cantidad en procariotas.
Por ellos, la replicación debería ser muchísimo más lenta, pero no es así, debido a que en los
eucariotas hay muchos puntos de origen, mientras que los procariotas tienen sólo uno.
 El tamaño de los fragmentos de Okazaki es distinto: de 1000 a 2000 nucleótidos en
procariotas y de 150 a 200 nucleótidos en eucariotas.
 La replicación en procariotas tiene lugar antes de la división celular en el citosol, y en los
eucariotas en el periodo S de la interfase, dentro del núcleo celular
Las ADN polimerasas son diferentes en procariotas y en eucariotas. En procariotas hay cinco
tipos: I, II, III, IV y V. Mientras que en eucariotas hay cinco también: α, β, , δ y ε.
 En procariotas el mismo tipo de ADN polimerasa sintetizan las dos cadenas (conductora y
retardada) mientas que en eucariotas la retardad la sintetiza la ADN polimerasa α y la conductora la
ADN polimerasa .
 Replicación en los telómeros: en eucariotas los telómeros no pueden completarse porque
después de eliminar el último ARN cebado la cadena retardada, la ADN polimerasa no puede
rellenar el hueco ya que es incapaz de sintetizar en sentido 3´ 5´. Por ello el telómero se va
acortando a medida que las células se dividen. Este acortamiento está asociado al envejecimiento y
muerte celular.
Hay una enzima llamada TELOMERASA que impide el acortamiento del telómero. Además, de la
parte proteica, la telomerasa contiene ARN que actúa como molde, a partir del cual sintetiza ADN
para completar la cadena retrasada (transcriptasa inversa). Como el telómero está formado por una
secuencia de nucleótidos que se repite un enorme número de veces, la telomerasa contiene esa
secuencia que actúa como molde.