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Capítulo 13
REPLICACIÓN DEL ADN
La reproducción necesita la correcta y precisa transmisión de la información genética de
padres a hijos, por lo que resulta imprescindible la previa replicación o duplicación del
ADN geonómico. La replicación del ADN es un mecanismo que tiene las siguientes
características:
-
Semiconservativa
-
En Horquillas
-
Bidireccional
-
Discontinua
-
Múltiples puntos de origen (en eucariontes)
La Replicación del ADN es “semiconservativa”, porque cada hebra de la molécula
original sirve como molde para la síntesis de una nueva hebra hija complementaria.
Ambas moléculas hijas son idénticas entre sí y, a su vez, idénticas a la original.
El experimento de Meselson y Stahl en Escherichia coli
permitió demostrar que la replicación es semiconservativa.
La principal enzima implicada es la ADN polimerasa.
Cataliza la unión de los
desoxirribonucleótidos para formar así las cadenas de ADN en crecimiento. Hay varios
tipos de ADN polimerasas con funciones distintas en la replicación y reparación del ADN.
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Todas las ADN polimerasas comparten dos propiedades:
Sintetizan ADN solamente en dirección 5´3´, agregando nucleótidos al oxhidrilo
3´ libre (3'-OH), el punto a partir del cual se produce la elongación del ADN.
Agregan un nuevo nucleótido solamente a una hebra con un cebador o iniciador
formado previamente, unido por puentes de hidrógeno a la hebra molde.
La ADN polimerasa añade nucleótidos al –OH del carbono 3´
de un cebador preexistente. Éste puede ser un ARN cebador o
primer o, también, un fragmento de ADN.
Este proceso se puede resumir en forma de ecuación química:
(ADN)n + dNTP ↔ (ADN)n+1 + PPi
donde ADNn es la cadena que se está sintetizando, dNTP es un dinucleótido trifosfato y
PPi es el pirofosfato desprendido (dos grupos fosfato).
La replicación del ADN en eucariontes y procariontes comienza en una secuencia
específica denominada origen de replicación que sirve como sitio específico de unión
para las proteínas que inician el proceso de replicación. En procariontes hay un único
origen de replicación mientras que en eucariontes hay múltiples.
A partir del punto de origen se forma una horquilla o burbuja de replicación. Una vez
formada la horquilla, se sintetiza el ARN cebador y luego la ADN polimerasa comienza a
catalizar la formación de las nuevas cadenas. Una de ellas es la conductora o líder, y es
continua.
La otra es la tardía o rezagada y es discontinua: se forma a partir de
segmentos llamados Fragmentos de Okasaki.
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La síntesis de ADN se realiza en sentido 5´ 3´ en ambas cadenas, pero la cadena
conductora es continua mientras que la tardía es discontinua ya que está formada por los
fragmentos de Okasaki.
La replicación fue estudiada primero en procariontes y se observó que ocurre en tres
etapas:
1. Desenrrollamiento y apertura de la doble hélice. en el punto de origen.
Intervienen un grupo de enzimas y proteínas, a cuyo conjunto se denomina replisoma
* Helicasas: catalizan la ruptura de los puentes de hidrógeno entre bases
complementarias, por lo que se separan las cadenas.
* Girasas y Topoisomerasas: eliminan la tensión generada por la torsión en el
desenrrollamiento. Las proteínas SSBP que se unen a las hebras molde para que
no vuelva a enrollarse.
2. Las ADN polimerasas sintetizan las nuevas hebras en sentido 5´ 3´, por lo que la
lectura se hace en el sentido 3´ 5´. Las proteínas que intervienen son:
* ADN polimeras I y III: realizan la replicación y la corrección de errores. La que
cataliza la mayor parte de la síntesis es la ADN polimerasa III.
* ADN polimerasa II: corrige daños causados por agentes físicos.
La cadena 3´ 5´ es leída por la ADN polimerasa III y se sintetiza la cadena conductora.
La cadena 5´3´ no puede ser leída directamente, por esto, la cadena tardía se sintetiza
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en pequeños fragmentos llamados fragmentos de Okasaki, que crecen en el sentido
5´3´ y que más tarde se unen. Esta síntesis es más lenta.
La ADN polimerasa III es incapaz de iniciar la síntesis por sí sola, para esto necesita un
cebador (ARN) que es sintetizado por la ARN polimerasa primasa. Este cebador es
eliminado posteriormente por las la ADN polimerasa I que corta el cebador (actividad
exonucleasa) y lo reemplaza por ADN.
3. Corrección de errores: la enzima principal en la función correctora es la ADN
polimerasa III, que corrige todos los errores cometidos en la replicación o duplicación.
También intervienen otras enzimas como:
* Endonucleasas: cortan segmentos erróneos
* ADN polimerasas I : rellenan correctamente el espacio
* ADN ligasas : unen los extremos corregidos
En eucariontes, la replicación es similar a la de los procariontes: semiconservativa y
bidireccional, con una hebra conductora y una hebra retardada, y con fragmentos de
Okasaki. Se inicia en varias burbujas de replicación (puede haber unas 100 a la vez).
Intervienen enzimas similares a las que actúan en las células procariontes y otras
enzimas que han de duplicar las histonas que forman parte de los nucleosomas. Los
nucleosomas viejos permanecen en la hebra conductora.
Como las ADN polimerasas solamente extienden los cebadores en dirección 5´3´, no
pueden copiar los extremos 5´, que son los telómeros. Hay entonces mecanismos
especiales para replicar esas secuencias a cargo de la enzima telomerasa, enzima
descubierta por Carol W. Greider, en 1984.
Agrega secuencias repetitivas específicas de ADN (“TTAGGG” en todos los vertebrados),
al extremo 3´ de las regiones del telómero.
Es un transcriptasa inversa, ya que lleva su propia molécula del ARN en el sitio activo y
la utiliza como “molde” para alargar los telómeros, que se acortan después de cada ciclo
de replicación.
- Los telómeros se copian solo mediante acción de la Telomerasa
- En células normales de adultos, existe un número determinado de replicaciones
en las que interviene la Telomerasa.
- En células cancerosas, se activa la Telomerasa en forma desregulada.
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Esquema de la acción de la Telomerasa.
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Estructura de la Telomerasa con ARN molde. La
Telomerasa se une a la cadena de ADN en el extremo
correspondiente al telómero.