REPLICACIÓN DEL ADN Unidad 3: EXPRESIÓN Y MANIPULACIÓN DEL MATERIAL GENÉTICO Todas la células en algún momento de su ciclo vital deben reproducirse. La primera parte de este proceso se da en la etapa “S” (síntesis) del ciclo celular, en el cual la célula replica su información genética, es decir, realiza una copia de cada una de sus moléculas de ADN. Esta etapa es fundamental para el proceso de reproducción celular, ya que asegura que cada célula hija reciba la misma cantidad y calidad de información genética. 2. REPLICACIÓN Y TRANSCRIPCIÓN DEL ADN REPLICACIÓN En la replicación participan las moléculas de ADN, diferentes enzimas que regulan y aceleran el proceso, moléculas de nucleótidos con los que se arman las nuevas cadenas, y una gran cantidad de ATP. La replicación del ADN se inicia con la separación de las dos cadenas en un punto específico llamado origen de replicación. Esta separación forma dos horquillas de replicación que avanzan en direcciones opuestas generando una amplia zona de separación llamada burbuja de replicación. En los eucariotas la replicación del ADN se inicia en varios puntos de origen, a diferencia de los procariotas en los que el proceso tiene un único origen de replicación. REPLICACIÓN Para separar las moléculas de ADN se requiere primero “desenrollarlo”. Esta función está a cargo de la enzima girasa o topoisomnerasa. Luego, la separación de las cadenas de ADN en dos hebras lo realiza la enzima helicasa, rompiendo los puentes de hidrógeno que unen a las bases nitrogenadas de cada cadena, generando dos hebras independientes. Cada hebra es estabilizada por proteínas llamadas proteínas de unión a cadena simple o proteínas SSB, evitando que ambas se vuelvan a unir. proteínas SSB REPLICACIÓN Una vez separadas las cadenas en dos hebras, la replicación se inicia en el origen de replicación, extendiéndose en ambas direcciones, es decir, la replicación es bidireccional. REPLICACIÓN Elongación en dirección 3’ - 5’ de la hebra molde: La elongación en dirección 3’ a 5’ de la hebra molde genera la llamada cadena conductora, cadena continua o cadena adelantada de dirección 5’ – 3’. La elongación o formación de las nuevas cadenas la realiza la enzima ADN polimerasa. Esta elongación se realiza en dirección 5’ a 3’, ya que los nucleótidos sólo se pueden unir en el extremo 3’. Sin embargo, para comenzar la elongación, la ADN polimerasa primero debe reconocer un pequeño fragmento de ARN asociado a la hebra molde llamado cebador o primer. Este primer es elaborado por la enzima ADN primasa, previo a la acción de la ADN polimerasa. REPLICACIÓN Elongación en dirección 5’ - 3’ de la hebra molde: La elongación en dirección 5’ a 3’ de la hebra molde genera la llamada hebra discontinua o hebra retrasada de dirección 3’ – 5’. Sin embargo, como la elongación sólo es en dirección 5’ a 3’, esta hebra se elonga por la formación y posterior unión de pequeños fragmentos de hebra con esta dirección llamados fragmentos de Okazaki. La unión de estos fragmentos lo realiza la enzima ligasa. REPLICACIÓN Debido a que la elongación de una hebra es continua y la elongación de la otra es discontinua, se dice que la replicación es semidiscontinua. Cuando la elongación abarca toda la totalidad de las hebras molde, el resultado son dos moléculas de ADN idénticas. Cada molécula está formada por una hebra original (hebra molde) y por una hebra nueva, por ello se dice que la replicación además es semiconservativa. Al condensarse durante la división celular, cada molécula constituirá una de las cromátidas hermanas de un cromosoma. DOGMA DE LA BIOLOGÍA MOLECULAR El dogma de la biología molecular es un paradigma que expresa la relación entre el ADN y la biología de los seres vivos: TRANSCRIPCIÓN DEL ADN El ADN y la información que contiene se encuentran en el núcleo celular y siempre se mantiene allí. Sin embargo, la información es utilizada por los ribosomas presentes en el citoplasma para sintetizar proteínas. Esto implica necesariamente el transporte de la información desde el núcleo hasta los ribosomas. Esta función la ejerce el ácido ribonucléico o ARN. Básicamente dice que la información genética codificada en el ADN es información para la síntesis de proteínas. Esto es corroborado por la experiencia práctica y se explica por la gran cantidad de funciones, principalmente reguladoras (enzimática), que tienen las proteínas en la estructura y funcionamiento (metabolismo) de los seres vivos. TRANSCRIPCIÓN DEL ADN TRANSCRIPCIÓN Características del ARN: El ARN mensajero (ARNm): • Es una molécula formada por una única cadena de polinucleótidos. • Los nucleótidos presentes en el ARN están formados por un grupo fosfato, un una pentosa (azúcar de 5 carbonos) llamada ribosa, y una base nitrogenada. • Las bases presentes en el ARN son: adenina, uracilo, citocina y guanina. Existen distintos tipos de ARN. El ARN encargado de llevar la información desde el ADN hasta los ribosomas se denomina ARN mensajero o ARNm. Para ello, una enzima llamada ARN polimerasa II se encarga de sintetizar una cadena de ARNm complementaria a la hebra de ADN. Este proceso se denomina transcripción, y permite “copiar” la información contenida en el ADN, y dejarla expresada en forma de ARNm. TRANSCRIPCIÓN TRANSCRIPCIÓN Etapas de la transcripción: 2. Elongación: 1. Iniciación: La transcripción la realiza una enzima conocida como ARN polimerasa II. Esta avanza en dirección 3’ a 5’ de la hebra molde de ADN, uniendo los nucleótidos para formar una cadena complementaria y antiparalela al ADN molde. La transcripción comienza con la separación de las hebras del ADN por acción de la helicasa, y luego la unión de uno o más factores de transcripción (proteínas reguladoras de la transcripción) a un sitio específico de la hebra de ADN llamado promotor. El promotor es una secuencia conocida como caja TATA. El factor de transcripción unido a la caja TATA actuará como una marca en la hebra de ADN que indicará el sitio de inicio de la transcripción. TRANSCRIPCIÓN 4. Maduración: Consiste en eliminar aquellas secuencia del ARNm que no codifican para aminoácidos, llamadas intrones, y dejar sólo aquellas que si codifican, llamadas exones. Una vez eliminados los intrones, una enzima ligasa une los exones. Finalmente el ARNm es marcado adicionándole una secuencia muy larga de nucleótidos de adenina o cola poli-A para que pueda salir del núcleo. 3. Terminación: La ARN polimerasa II es capaz de reconocer en el ADN una secuencia de término de la transcripción, dada por una de las siguientes combinaciones: ATT, ACT O ATC. Como resultado se obtiene una cadena de ARNm que contiene la información genética de la hebra molde de ADN.
