Saltar a: navegación, buscar

Replicación del ADN

Replicación del ADN
Información sobre la plantilla
Horq. Replicacion.jpg
Concepto:Proceso gradual, repetitivo, bidireccional, antiparalelo y semiconservativo; mediante el que se duplica el ADN, garantizando la disponibilidad de una copia del genoma de la célula madre, para cada una de las células hijas.

Replicación del ácido desoxirribonucleico. La etapa S o de replicación celular, es una etapa obligada de la célula antes de dividirse; garantizando la disponibilidad de una copia de la información genética contenida en las células madres para cada célula hija. Durante este proceso cada una de las dos cadenas del ADN sirve de molde para la síntesis de las nuevas cadenas.

Historia

El modelo molecular del ADN dado a conocer en el año 1953, marcaría una pauta par que James D. Watson y Francis H. Crick propusieran su modelo general del proceso replicativo. Dicha propuesta consistía en suponer que cada una de las cadenas de polidesoxinucleótidos servía de molde o patrón para la formación de una nueva cadena complementaria a la original. Como parte de esta teoría se establecían dos posibilidades fundamentales: una conservativa, en la que una vez sintetizadas las dos nuevas cadenas estas se separaban del molde y se apareaban entre sí dando lugar a una nueva molécula de doble banda; y una semiconservativa, en la que las nuevas moléculas estarín formadas por una cadena del molde y otra recien sintetizada.

Características generales

  • Semiconservativa: cada una de las dos moléculas de ADN que se obtienen al final del proceso contienen una cadena de la molécula original o madre y una cadena nueva o hija.
  • Antiparalela: La cadena de ADN se sintetiza en dirección 5'-3', mientras que la enzima polimerizante lee el molde en dirección 3'-5'.
  • Acoplada a la hidrólisis de pirofosfato: Durante la formación del enlace polimerizante se libera Pi que es hidrolizado por las enzimas pirofosfatasas por lo que hace irreversible esta reacción.
  • Gradual y repetitiva: Se añaden los desoxirribonucleótidos uno a uno y por el mismo mecanismo.
  • Complementariedad de bases: La secuencia de bases de cada cadena sintetizada es complementaria al molde.
  • Proceso bidireccional y síntesis unidireccional: En cada una de las horquillas ocurre la síntesis activa de ADN, o sea que el proceso en conjunto es bidireccional. Sin embargo, la síntesis de cada cadena se realiza en dirección 5'-3', por lo que es unidireccional.

Requerimientos

Vista de la estructura tridimensional de una proteína enzimática.

Existe un conjunto de requerimientos que son necesarios par que ocurra la replicación, entre ellos los fundamentales son los siguientes:

  • Cadena de ADN molde.
  • Presencia de desoxirribonucleótidos y ribonucleótidos.
  • Proteínas enzimáticas para la identificación del origen, desarrollo de la cadena de ADN, separación de las bandas y unión de las polimerasas específicas.
  • Otras enzimas: polimerasas, helicasas y ligasas.

Etapas del ciclo

El proceso de replicación celular, para su estudio, puede ser dividido en cinco etapas fundamentales:

Etapa de Preiniciación

Horquilla de replicación.

En esta etapa ocurre el ensamblaje del sistema sintetizador. Un complejo de seis proteínas. denominado: Complejo de Reconocimiento de Origen (CRO), reconoce los orígenes de replicación, posteriormente otras proteínas de tipo helicasa separan la doble hélice, utilizando ATP como fuente de energía. Una vez separadas las cadenas en los orígenes se une a estos un grupo de proteínas que tiene como función la de impedir que las hebras vuelvan a unirse y de esta manera se forman estructuras denominadas ojales de replicación; cuyos extremos reciben el nombre de horquillas de replicación.

Etapa de Iniciación

A cada horquilla de replicación se une una ADN polimerasa que, tomando como molde la cadena de ADN, sintetiza pequeños fragmentos de ARN; de aproximadamente 20 nucleótidos, denominados ARN iniciador, primer o cebador.

Etapa de Elongación

Otra ADN polimerasa alarga la cadena siempre en dirección 5'-3'. Teniendo en cuenta que las bandas de ADN molde son antiparalelas, la cadena que se forma utilizando como molde la banda que tiene dirección 3'-5', se sintetiza de forma continua y recibe el nombre de cadena conductora. Mientras que la cadena que se forma utilizando como molde la banda en sentido 5'-3', lo hace de forma discontinua o por fragmentos, denominados fragmentos de Okazaki; y recibe el nombre de cadena conducida o retardada. En esta etapa también intervienen otras enzimas como son las helicasas y las endonucleasas.

Etapa de Terminación

La terminación de este proceso puede describirse de una manera relativamente sencilla. Las dos horquillas que se acercaban, moviéndose en dirección opuesta, se unen y forman una sola quedando de esta manera las dos cadenas entrelazadas. Aquí también intervienen proteínas específicas denominadas topoisomerasas.

Etapa de Posterminación

Durante esta etapa ocurre la metilación de algunas bases en las nuevas hebras de ADN, lo que constituye señales para la corrección de errores que se pueden producir durante la replicación y para la reparación de los daños en el material genético.

Fidelidad del proceso

La replicación del material genético ocurre una sola vez durante el ciclo de vida de la célula por lo que es imprescindible que sea realizado con una elevada fidelidad de copia, que la secuencia de bases de las moléculas hijas sea exactamente igual a la de las células madre. Existen mecanismos que garantizan esta elevada fidelidad de copia entre ellos:

  • La elevada especificidad del apareamiento de bases formando los pares adenina-timina y citosina-guanina.
  • La elevada especificidad de las polimerasas que incorporan los desoxinucleótidos que forman pares complementarios al ADN que se está copiando.
  • Utilización de un ARN iniciador que al ser eliminado y reemplazado por el segmento de ADN correspondiente provoca que estas zonas sean rectificadas siempre.
  • Existencia de un mecanismo de rectificación de errores.

Rectificación de errores

El proceso de replicación del ADN tiene una exactitud muy elevada, la posibilidad de error es de uno por cada 1010 nucleótidos incorporados por las ADN polimerasas, sin embargo siempre existe la posibilidad de que ocurran incorrecciones como las siguientes:

Estos errores son rectificados antes de que se produzca la transición hacia la próxima etapa del Ciclo Celular y este trabajo se realiza de la forma siguiente:

  1. El sitio del error es reconocido por un grupo de proteínas específicas para cada error.
  2. La hebra que contiene el error es cortada en un sitio por la actividad hidrolítica de una enzima del tipo endonucleasa.
  3. Los nucleótidos de este sector son eliminados uno a uno por una exonucleasa.
  4. los nucleótidos correspondientes son incorporados por la polimerasa S.
  5. Finalmente la brecha es sellada por la ADN ligasa.

Replicación de los telómeros

Imagen de un cromosoma, se amplía uno de sus telómeros.

En los extremos de los cromosomas existen estructuras denominadas telómeros que son sintetizadas por enzimas del tipo telomerasas. Sin telomerasas el ADN no puede replicarse totalmente implicando una pérdida progresiva del material genético y por tanto un límite para el número de divisiones celulares. Estudios recientes parecen demostrar que la longitud de los telómeros está relacionada con la posibilidad que tiene la célula para dividirse, mientras más corto es el telómero, menor es el potencial proliferativo que posee la célula; este descubrimiento ha convertido a la telomerasa en una posible fuente para el desarrollo de medicamentos para combatir el cáncer.

Inhibidores de la replicación

La replicación puede ser inhibida por la actuación de algunos antibióticos y antivirales, entre los que se encuentran:

Importancia

La transferencia de la información genética de padres a hijos constituye el fenómeno más importante de la materia viva, no solo garantiza la sucesión de la vida, sino además, constituye el mecanismo básico de conservación de las especies, pues los descendientes siempre poseen características estructurales y funcionales similares a los progenitores. Esa transferencia de información de una célula o un organismo a sus descendientes tiene su fundamento molecular precisamente en la duplicación o replicación de los ácidos desoxirribonucleicos.

Véase también

Enlaces externos

Fuentes