1. Definición y Propósito Fundamental
• La replicación del ADN es el proceso biológico por el cual se hacen dos copias idénticas de una molécula de ADN a partir de una original.
• Es la base de la herencia genética, asegurando que la información de ADN se transmita con precisión de una generación a la siguiente y a las células hijas durante la división celular.
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| Replicación del ADN (Tomado de Biggs et al., 2012). |
2. Principio Semiconservativo
• Cada una de las dos cadenas de la doble hélice original sirve como molde (plantilla) para la síntesis de una nueva cadena complementaria.
• Como resultado, cada nueva molécula de ADN es un híbrido, compuesto por una cadena de la molécula original y una cadena recién sintetizada.
• Este mecanismo fue comprobado por el experimento de Meselson y Stahl.
3. Componentes Clave y Dirección de Síntesis
• Involucra un gran equipo de enzimas y otras proteínas (más de una docena solo en E. coli).
• La síntesis de ADN siempre procede en dirección 5' → 3'. Las ADN polimerasas solo pueden añadir nucleótidos al extremo 3' libre de una cadena en crecimiento.
• Se requiere un cebador de ARN (sintetizado por la primasa) para iniciar la síntesis, ya que las ADN polimerasas no pueden iniciar una cadena desde cero.
4. Proceso General
• Inicio: La replicación comienza en orígenes de replicación específicos. Las enzimas ADN helicasas separan las dos cadenas del ADN, rompiendo los puentes de hidrógeno y formando una "burbuja de replicación" con dos "tenedores de replicación".
• Las proteínas SSB (ligantes de ADN monocatenario) se unen a las cadenas separadas para evitar que se vuelvan a unir.
• Las topoisomerasas alivian la tensión torsional (superenrollamiento) que se produce por el desenrollamiento del ADN.
• La replicación es bidireccional, avanzando en ambas direcciones desde cada origen.
5. Síntesis de las Cadenas
• Cadena Líder (Leading Strand):
◦ Se sintetiza de manera continua en la dirección 5' → 3' hacia el tenedor de replicación, a partir de un único cebador.
◦ Las ADN polimerasas añaden nucleótidos ininterrumpidamente.
• Cadena Retrasada (Lagging Strand):
◦ Se sintetiza de manera discontinua en pequeños segmentos llamados fragmentos de Okazaki.
◦ Cada fragmento de Okazaki (de 100 a 2000 nucleótidos de largo) requiere un nuevo cebador de ARN y se sintetiza en dirección opuesta al avance del tenedor.
◦ La ADN ligasa une los fragmentos de Okazaki para formar una cadena continua.
6. Precisión y Reparación
• El proceso es notablemente preciso, con una tasa de error de solo una por cada diez mil millones de nucleótidos.
• Las ADN polimerasas tienen una actividad de corrección (proofreading) que elimina nucleótidos incorrectos recién añadidos.
• Existen mecanismos de reparación adicionales (como la reparación por escisión de nucleótidos) que corrigen daños en el ADN antes de que se perpetúen las mutaciones.
7. Listado de enzimas y sus funciones
• ADN Helicasa: Esta enzima es como una "cremallera" molecular; su función es desenrollar la doble hélice del ADN, rompiendo los puentes de hidrógeno que mantienen unidas las dos cadenas.
• Topoisomerasas: Para evitar que el ADN se "enrede" o se tense demasiado a medida que se desenrolla, las topoisomerasas alivian esa tensión torsional, cortando temporalmente una o ambas cadenas de ADN y luego volviéndolas a unir en una configuración más relajada.
• ADN Primasa: Las ADN polimerasas no pueden empezar una cadena de ADN desde cero, por eso, la primasa sintetiza pequeños fragmentos de ARN llamados cebadores. Estos cebadores actúan como un punto de inicio para la ADN polimerasa.
• ADN Polimerasa: Es la "constructora" principal.
◦ Su función es añadir nucleótidos (los "ladrillos" del ADN) a la nueva cadena en crecimiento, siguiendo la plantilla de ADN original.
◦ Siempre trabaja en una dirección específica (5' → 3').
◦ Además, actúa como una "correctora" inmediata (actividad de proofreading), detectando y eliminando nucleótidos incorrectos para asegurar la precisión de la copia.
◦ También reemplaza los cebadores de ARN con ADN una vez que ha completado su función en los fragmentos de Okazaki.
• ADN Ligasa: Actúa como un "pegamento" molecular. En la cadena rezagada, donde el ADN se sintetiza en pequeños segmentos (fragmentos de Okazaki), la ADN ligasa se encarga de unir estos fragmentos, creando una cadena continua y completa de ADN. También repara otras rupturas en el ADN.
• Telomerasa (en eucariotas): Presente principalmente en células germinales y cancerosas, esta enzima especial alarga los telómeros (los extremos protectores de los cromosomas eucariotas) al añadir secuencias repetitivas no codificantes. Esto ayuda a evitar que los cromosomas se acorten con cada replicación.
8. Consideraciones en Eucariotas
• Los cromosomas eucariotas tienen múltiples orígenes de replicación para copiar sus grandes genomas de forma eficiente en pocas horas.
• Los extremos de los cromosomas lineales, llamados telómeros, contienen secuencias repetitivas no codificantes que se acortan ligeramente con cada ciclo de replicación.
• La enzima telomerasa puede alargar los telómeros en células germinales y en la mayoría de las células cancerosas, evitando su acortamiento
FUENTES
- Biggs, A., Hagins, M., Holliday, W. G., & Kapicka, C. L. (2012). Biology (3rd ed.). McGraw-Hill Education.
- Griffiths, A. J. (2008). Genética (7a ed.). McGraw Hill - Interamericana.
- Solomon, E., Berg, L., & Martin, D. (2021). Conceptos Fundamentales de Biología. McGraw Hill.
