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Replicación del ADN - Replicación de la doble hélice: Biosíntesis de ADN en células procariotas y
eucariotas. Corrección de errores. (poner especial atención, es muy importante entenderla, pues en este proceso
se sustenta la reproducción de los seres vivos).
Necesidad de este proceso en relación con la división celular. Para que los seres se
reproduzcan deben de formarse copias del ADN del progenitor . Desde el cigoto hasta formarse
un ser humano se dan mil billones de divisiones celulares y en cada una debe de replicarse,
previamente, todo el ADN. Teniendo en cuenta que en el genoma tenemos 3500 millones de pares
de bases, vemos la importancia de la precisión del proceso.
Hipótesis acerca de los mecanismos de la replicación del DNA: conservadora,
semiconservadora y dispersiva.
Tras descubrirse la estructura de la doble hélice del ADN, se plantearon hipótesis sobre
cómo se duplicaría. Se barajaban tres posibles formas de replicación:
Conservativa. La doble cadena original se mantiene y se sintetiza otra completamente nueva.
Semiconservativa. Replicación de la molécula de DNA, predicha por el modelo de
Watson y Crick. Las cadenas se separan al romperse los puentes de hidrógeno que
mantenían unidas a las bases. Cada una de las cadenas originales sirve luego como molde
para la formación de una cadena complementaria nueva con los nucleótidos disponibles
en la célula.
Dispersiva. En cada doble hélice existen fragmentos de la original y fragmentos nuevos.
Watson y Crick propusieron la
hipótesis semiconservativa, según la
cual, las nuevas moléculas de ADN
formadas a partir de otra antigua,
tienen una hebra antigua y otra nueva.
Watson y Crick indicaron también el
mecanismo para llevar a cabo la
replicación del ADN: separación de las
dos cadenas y síntesis de la cadena
complementaria.
• Posteriormente demostrada por Meselson Y Stahl en
1957. Experimentos de Meselson y Sthal (excluido).
En cada ADN, una hebra de cada doble hélice procede de la
cadena madre, mientras que la otra se sintetiza de nuevo.
Lo demostraron con isótopos radiactivos
Proceso de replicación del DNA en células procariotas y eucariotas
La construcción de un nuevo ADN necesita una guía, que es él mismo, por eso se trata de una
replicación. El resultado será un ADN idéntico. No se produce ningún ADN distinto al que tiene la
célula, salvo que haya un error o mutación.
El proceso de replicación consiste en la separación de las dos cadenas del ADN y en la síntesis de
otras dos nuevas con una secuencia de bases complementaria.
La replicación se da en la fase S del ciclo celular. La velocidad de replicación del ADN en el ser
humano es de 50 nucleótidos por segundo, y en procariotas de 500/segundo.
Además de la cadena original o madre, se necesitan muchos nucleótidos, enzimas, y una gran
cantidad de energía en forma de ATP. Las enzimas principales son las ADN polimerasas(IyIII) pero
también intervienen Helicasas
Topoisomerasas
ADN ligasa y ARN primasa.
El proceso de duplucación del ADN tiene las siguientes fases:
1- Inicio de la replicación
Antes de replicarse, el ADN debe de desenrollar
su doble hélice. Las enzimas helicasas son las que
rompen los puentes hidrógeno entre las cadenas
complementarias. Las tensiones originadas en esta
apertura son eliminadas por las topoisomerasas.
Se forma la burbuja de replicación y en cualquier
extremo de la burbuja la molécula forma una
estructura en forma de Y, la horquilla de
replicación.
Horquilla de
replicación
Burbuja de
replicación
2- Formación de las nuevas cadenas
Para la síntesis de las cadenas complementarias
van entrando los nucleótidos complementarios de
cada una de las cadenas del ADN originales. La
Horquilla de
replicación
ADN polimerasa III (la enzima más importante)
cataliza la unión de los nucleótidos que se van
colocando junto a la cadena original, formándose el enlace fosfodiéster.
Sin embargo, la ADN polimerasa tiene unas limitaciones:
1-sólo puede unir nucleótidos en una
dirección, en sentido 5’-3’.
La hebra de la izquierda no tiene problema y
puede hacerlo, pero en la de la derecha, surge
un problema, dado que las cadenas son
antiparalelas.
El problema se soluciona sintetizando
una de las cadenas de forma continua y
la otra de manera discontinua.
A la primera se le llama hebra
adelantada o conductora (de síntesis
contínua). La otra, la hebra
retardada, se sintetiza de forma
discontinua, a partir de fragmentos de
ADN que la ADN polimerasa va
sintetizando sobre el ADN patrón,
según la hélice se va abriendo. Son los
denominados fragmentos de Okazaki.
2-Otro límite que tiene la enzima ADN
polimerasa es que no puede formar
ADN nuevo si no tiene una cadena
previa. Sólo puede elongar cadenas,
no las forman de nuevo, por lo que para
que se dé la síntesis de la cadena
retardada, no basta con el ADN molde,
es necesario que exista un cebador:
una cadena previa, con un extremo
OH3’ libre de un nucleótido, al que se
puedan seguir uniendo otros
nucleótidos . Este cebador es una corta
cadena de ARN, cuya síntesis la realiza
la ARN primasa.
Se dice, por tanto, que la ADN polimerasa tiene unos límites o restricciones:
1- Sólo une nucleótidos en el sentido 5’-3’, es decir, lee la cadena original en el sentido 3’-5´.
2- Sólo puede elongar cadenas, no puede comenzar a sintetizarlas sin apoyo del cebador.
3- Sólo une desoxirribonucleótidos y estos vienen en forma trifosfato, para darle energía.
4- Necesita la hebra molde de ADN para guiar la secuencia de bases.
3-Maduración
Los fragmentos de
Okazaki se unen
mediante la ADN
ligasa y se eliminan
los cebadores
(fragmentos de
ARN) que son
sustituidos por
ADN.
4-Finalización
Cada hebra sintetizada forma la doble hélice con la hebra madre que ha servido de guía, con lo que
tenemos dos cadenas idénticas.
Corrección de errores.
En este proceso, hay un sistema de revisión y corrección de errores. El enzima principal , el vigilante,
es la ADN polimerasa III, que revisa y corrige todos los errores cometidos en la replicación o
duplicación. Una vez detectado el error, intervienen también otros enzimas como:
o Endonucleasas que cortan el segmento erróneo.
o
o
ADN polimerasa I que rellena correctamente el hueco.
ADN ligasa que une los extremos corregidos.
Diferencias en la DUPLICACIÓN del ADN en Eucariotas y Procariotas.
Las principales diferencias entre eucariotas y procariotas son:
1. En eucariotas, el ADN está asociado a histonas formando los nucleosomas, por tanto, hay que
desempaquetarlo y los fragmentos de Okasaki son más pequeños.
2. En eucariotas, debido a la longitud del cromosoma el proceso es más lento (50 un por segundo).
3. En eucariotas se forman varias burbujas de replicación por molécula de ADN - REPLICONES -.
(unas 100 por cromosoma). En procariotas sólo una burbuja de replicación en el ADN circular.
4. En procariotas intervienen 3 ADN polimerasas y en eucariotas 5. En procariotas el ARN se
fabrica por la acción exclusiva de la primasa mientras que en eucariotas también interviene la
ADNpol I
En la imagen, obtenida del ME, vemos la llamada burbuja de replicación, en el proceso de
síntesis, pudiéndose producir hasta 100 a la vez. Las flechas indican las horquillas de
replicación. En procariotas, a la derecha, hay un único origen y en eucariotas hay muchos.
complemento
PROCARIOTAS
Proceso de replicación del ADN en eucariotas