El proceso de replicación de ADN
es el mecanismo que permite al ADN duplicarse (es decir, sintetizar una copia
idéntica). De esta manera de una molécula de ADN única, se obtienen dos o más
"clones" de la primera. Esta duplicación del material genético se
produce de acuerdo con un mecanismo semiconservativo, lo que indica que las dos
cadenas complementarias del ADN original, al separarse, sirven de molde cada
una para la síntesis de una nueva cadena complementaria de la cadena molde, de
forma que cada nueva doble hélice contiene una de las cadenas del ADN original.
Gracias a la complementación entre las bases que forman la secuencia de cada una
de las cadenas, el ADN tiene la importante propiedad de reproducirse
idénticamente, lo que permite que la información genética se transmita de una
célula madre a las células hijas y es la base de la herencia del material
genético.
La molécula de ADN se abre como
una cremallera por ruptura de los puentes de hidrógeno entre las bases
complementarias liberándose dos hebras y la ADN polimerasa sintetiza la mitad
complementaria añadiendo nucleótidos que se encuentran dispersos en el núcleo.
De esta forma, cada nueva molécula es idéntica a la molécula de ADN inicial.
La replicación empieza en puntos
determinados: los orígenes de replicación. Las proteínas iniciadoras reconocen
secuencias de nucleótidos específicas en esos puntos y facilitan la fijación de
otras proteínas que permitirán la separación de las dos hebras de ADN
formándose una horquilla de replicación. Un gran número de enzimas y proteínas
intervienen en el mecanismo molecular de la replicación, formando el llamado
complejo de replicación o replisoma. Estas proteínas y enzimas son homólogas en
eucariotas y arqueas, pero difieren en bacterias.
MODELOS DE REPLICACION PROPUESTOS: CONSERVATIVO, CONSERVATIVO Y DISPERSIVO
Modelo Semiconservativo: Cuando
Watson y Crick (1953) propusieron el modelo de la Doble Hélice indicaron que dicho
modelo sugería una forma sencilla de replicación. El modelo de replicación
propuesto por Watson y Crick suponía que el ADN doble hélice separa sus dos
hebras y cada una sirve de molde para sintetizar una nueva hebra siguiendo las
reglas de complementariadad de las bases nitrogenadas. Dicho modelo recibión el
nombre de Semiconservativo, ya que las dos dobles hélices recién sintetizadas
poseen una hebra vieja (una mitad vieja) y otra hebra nueva (mitad nueva).
Frente al modelo Semiconservativo
propuesto por Watson y Crick (1953) se postularon otros posibles modelos de
replicación del ADN, uno de ellos se denominó Modelo Conservativo y otro Modelo
Dispersivo.
Modelo Conservativo: cuando el
ADN doble hélice se replica se producen dos dobles hélices, una de ellas tienen
las dos hebras viejas (esta intacta, se conserva) y la otra doble hélice posee
ambas hebras de nueva síntesis.
Modelo Dispersivo: Cuando el ADN
doble hélice se replica se originan dos dobles hélices, cada una de ellas con
hebras que poseen tramos viejos y tramos de nueva síntesis en diferentes
proporciones.
EXPERIMENTOS DE MESELSON Y STAHL
(1958)
Meselson y Stahl (1957) diseñaron
un experimento para tratar de averiguar la forma en la que se realiza la
replicación del ADN en E. coli, es decir, la pregunta que se plantearon fue:
¿Qué modelo de replicación del ADN sigue E. coli, semiconservativo, conservativo
o dispersivo?. Para contestar a esta pregunta, diseñaron un experimento en el
que marcaban el ADN de la bacteria E. coli con Nitrógeno pesado N15, para ello
hicieron crecer las bacterias durante 14 generaciones sucesivas en un medio que
contenía como única fuente de Nitrógeno N15. Durante estas 14 generaciones el
ADN de las bacterias las bacterias se había sintetizado con bases nitrogenadas
con Nitrógeno pesado (N15). Posteriormente, comprobaron que podían distinguir
el ADN del las bacterias que crecían en un medio normal (con N14) del ADN de
las bacterias que habían crecido durante 14 generaciones en N15. Para ello
extrajeron el ADN de ambos tipos de bacterias y lo centrifugaron en un
gradiente de densidad de CsCl. El resultado fue que la densidad del ADN de las
bacterias que habían crecido en presencia de N15 era mayor que el ADN de las
bacterias que habían crecido con N14.
Una vez comprobado que eran capaces de distinguir el ADN de ambos tipos
de bacterias, continuaron el experimento de la siguiente forma: Las bacterias
que habían estado creciendo en Nitrógeno pesado (N15) las pasaron a un medio de
cultivo que contenía N14 (Nitrógeno normal) y a distintos tiempos, media
generación, una generación, dos generaciones, tres generaciones de replicación,
tomaban una muestra del cultivo bacteriano, extraían el ADN y centrifugaban en
gradiente de densidad de CsCl.
FASES DEL PROCESO DE LA REPLICACIÓN
INICIACIÓN: La replicación
comienza siempre en la secuencia ORI u
origen de la replicación. En esta sección se encuentran las llamadas proteínas
iniciadoras (girasas) que se encargan de desestabilizar la estructura
helicoidal del ADN, abriéndola y fijándola para que no se vuelva a enrollar. Al
separar las cadenas, otras proteínas (helicasas) se encargan de romper los
enlaces de hidrógeno, a partir de aquí se forma la horquilla de replicación que
es asimétrica.
Por último las proteínas SSB y
topoisomerasas impiden que se formen otras estructuras secundarias, pues de la
doble hélice original se formaran dos nuevas moléculas, siguiendo el patrón
semiconservativo.
ELONGACIÓN: La RNA primasa reconoce el inicio de la replicación y es la
que genera el fragmento cebador (de ARN
5’ a 3’), que luego se desprenderá. En esta etapa la ADN polimerasa reconoce el
extremo 3’ del cebador e inicia la elongación de la cadena. La ADN polimerasa
es la que se encarga de la síntesis de DNA, por lo que siempre va en dirección
5’ a 3’. En una de las cadenas existe el límite que produce la abertura de la
cadena madre (cadena retardada), por lo que la elongación se produce
discontinuamente gracias a la producción de pequeños fragmentos (fragmentos de
okazaki). La otra cadena (cadena líder) es continua hasta encontrar un nuevo
punto de iniciación de la replicación.
TERMINACIÓN: Al finalizar la etapa anterior
entra en participación la DNA polimerasa de tipo I con actividad endonucleasa,
la cual degrada los cebadores y rellena los huecos usando el extremo 3’ de la
cadena anterior. Otra enzima (ligasa) es la encargada de sellar los cortes que
quedan. Reparación de errores.- aunque la replicación es muy eficiente,
existe una tasa baja de error en la replicación. Esto es debido al elevado
número denucleótidos a replicar, además de por diversos agentes (físicos o
químicos) que pueden afectar a la secuancia. Por todo esto, las células
presentan sistemas de reparación del ADN.
No hay comentarios:
Publicar un comentario