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