Introduccion replicación del adn
- 1. REPLICACIÓN DEL ADN Mediante la replicación, se obtienen dos copias idénticas a partir de una doble cadena inicial de ADN. Francis Crick y James Watson (Watson, J. & Crick, F. 1953. A structure for deoxyrribose nucleic acid. Nature 171: 737-738), al mismo tiempo que dedujeron la estructura del ADN, propusieron un mecanismo para la replicación de esta molécula. Teniendo en cuenta la importancia de la conservación de la secuencia de bases original, consideraron posible que las dos cadenas de la doble hélice se separasen y cada una sirviese de molde para la síntesis de otra complementaria.
- 2. De este modo, se obtendrían dos dobles hélices, cada una con una cadena vieja, o parental, y otra cadena nueva, o hija. Los trabajos experimentales posteriores confirmaron esta hipótesis, denominada semiconservativa.
- 3. La replicación del ADN tiene lugar mediante una reacción de síntesis: (dNMP)n + dNTP (dNMP)n + 1 + PPi ▫ • A partir de uno o diversos (n) desoxirribonucleótidos monofosfato (dNMP) de la cadena en formación, se produce la incorporación de un desoxirribonucleótido trifosfato (dNTP). ▫ • De esta unión se desprende pirofosfato inorgánico (PPi ) y se obtiene una cadena con un desoxirribonucleótido más, incorporado al fragmento inicial (n + 1).
- 4. ▫ La reacción de unión de los nucleótidos es reversible, pero se ve favorecida en el sentido de la síntesis, ya que el PPi es rápidamente degradado. ▫ En la replicación del ADN intervienen las siguientes enzimas: ▫ • ADN polimerasas (ADN pol), enzimas con dos funciones distintas: ▫ —Tienen actividad polimerasa; es decir, catalizan la unión de nucleótidos en la cadena de ADN. ▫ —Tienen actividad exonucleasa; es decir, catalizan la rotura de los enlaces entre los nucleótidos cuando las moléculas tienen un extremo libre. ▫ • ARN polimerasas (ARN pol): Enzimas que catalizan la formación de cadenas de ARN.
- 5. • Topoisomerasas y girasas: Enzimas que adaptan la estructura espacial de la doble hélice a las necesidades del proceso de síntesis. • Ligasas: Sellan las uniones entre fragmentos de cadenas. El proceso de replicación se conoce detalladamente en procariotas, en especial en el caso de la bacteria Escherichia coli. REPLICACIÓN EN PROCARIOTAS. Se han identificado tres tipos de ADN polimerasas: • ADN pol I, que actúa con: —Actividad polimerasa, catalizando la unión de nucleótidos en sentido 5’ 3’. —Actividad exonucleasa en sentido 5’ 3’ y en sentido 3’ 5’. • ADN pol II, que presenta: —Actividad polimerasa en sentido 5’ 3’. —Actividad exonucleasa en sentido 3’ 5’. • ADN pol III, que actúa con: —Actividad polimerasa en sentido 5’ 3’. —Actividad exonucleasa en sentido 3’ 5’.
- 6. Cada enzima interviene en diversas fases del proceso, el cual se inicia del modo siguiente: • Existe un punto de la doble hélice en el que se ha de iniciar la replicación. A este punto lo conocemos como origen de replicación (O). A partir del origen de replicación, se formará una horquilla de replicación en la que el ADN modifica su estructura espacial. En la formación de la horquilla intervienen: —Las enzimas topoisomerasas como, por ejemplo, la girasa, que desespiralizan el ADN. —Las helicasas, que separan las dos cadenas —Un grupo de proteínas llamadas SSB (single strand-binding), que estabilizan cada una de las cadenas sencillas.
- 7. “ ▫ • Se inicia la síntesis del nuevo ADN y la horquilla va progresando y se ensancha hacia los lados. ▫ El proceso se desarrolla venciendo dos dificultades: ▫ —Las ADN pol no pueden iniciar la síntesis de ADN sin un fragmento preexistente de cadena. ▫ —Las ADN pol solo pueden incorporar nucleótidos a la cadena en sentido 5’ 3’, ya que la reacción necesita extremos 3’ libres. ▫ Estas limitaciones hacen que la síntesis de las dos cadenas hijas se desarrolle de manera diferente, según se trate de la cadena conductora o bien de la cadena retardada. ▫ Veamos, a continuación, el proceso distinguiendo la síntesis del ADN a partir de la cadena conductora y a partir de la cadena retardada.
- 8. • Síntesis a partir de la cadena conductora ▫ El primer paso es la formación de un segmento de cadena que permita la actividad de la ADN pol. ▫ —La ARN pol es capaz de catalizar la unión de ribonucleótidos sin necesidad de la existencia de cadenas ya iniciadas. ▫ Por ello, esta enzima, también denominado primasa, sintetiza un fragmento de molécula de ARN que lo conocemos como cebador. ▫ —A continuación, la ADN pol III alarga este fragmento inicial polimerizando la unión de desoxirribonucleótidos según la ley de complementariedad de bases: la adenina es complementaria de la timina, y la citosina, de la guanina. ▫ —Después, la ADN pol I actúa como exonucleasa en sentido 5’ 3’ y elimina el cebador, a la vez que actúa como polimerasa y llena el vacío con desoxirribonucleótidos. ▫ —A continuación, la ligasa sella la unión entre los dos fragmentos de ADN.
- 9. ▫ La síntesis a partir de la cadena conductora se produce con un solo cebador y ocurre de manera continua. En cambio, la síntesis a partir de la cadena retardada se produce con numerosos cebadores y, además, es discontinua. Mientras se van incorporando los nucleótidos a las cadenas en formación, la ADN pol I recorre las cadenas para comprobar que los nuevos nucleótidos se emparejan correctamente con sus complementarios. ▫ En caso de que se produzca un emparejamiento erróneo, la ADN pol I detiene la síntesis y, con su actividad exonucleásica 3’ 5’, corta el enlace del nucleótido erróneo a la cadena y coloca el nucleótido adecuado. Replicación en eucariotas En los organismos eucariotas, la replicación del ADN presenta numerosas coincidencias respecto a la replicación en los procariotas.
- 10. No obstante, existen diferencias destacables: • El proceso previo al inicio de la replicación requiere el desempaquetamiento de estructuras espaciales más complejas que en el caso de las procariotas. • Las células eucariotas contienen mucho más ADN que las procariotas. Por este motivo, existen numerosos puntos de inicio de la replicación a lo largo de cada cromosoma, lo cual permite acelerar el proceso. Por ello, se forman numerosas horquillas de replicación. •Los fragmentos de Okazaki tienen una extensión menor que en las células procariotas, aproximadamente entre cien y doscientos nucleótidos. •El ADN de las células eucariotas no está cerrado sobre sí mismo, como el de las células procariotas, sino que es lineal. Tal y como hemos indicado en el apartado anterior, al eliminar los ARN cebadores de los extremos de las cadenas quedaría una cadena incompleta. La enzima telomerasa alarga los extremos de los cromosomas para evitar la pérdida de material genético durante la replicación.