Tema 17: la duplicación del adn. Necesidad y explicación



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TEMA 17: LA DUPLICACIÓN DEL ADN
1.-La duplicación del adn. Necesidad y explicación.
La duración de la vida de los seres vivos es variable: desde minutos hasta milenios, pero hay un momento en el que mueren. Sin embargo las especies no se extinguen, ya que se forman nuevos individuos haciendo copias de su ADN.

La molécula de ADN es una molécula idónea para hacer copias, ya que consta de dos cadenas complementarias entrelazadas, cada una de las cuales podría servir de molde para sintetizar una nueva hebra complementaria.

Para explicar la duplicación del ADN se propusieron tres hipótesis:


  • Hipótesis semiconservativa: en cada replicación se conserva una de las dos cadenas de ADN original y la otra es de nueva formación.

  • Hipótesis conservativa: las dos cadenas originales se mantienen juntas en un ADN, siendo la otra molécula de ADN totalmente nueva.

  • Hipótesis dispersiva: las hebras, al final, están formadas por fragmentos de ADN antiguo y ADN recién sintetizado.

De estas tres hipótesis, la aceptada es la formulada por Watson y Crick, es decir la semiconservativa.





2.-MECANISMO DE LA REPLICACIÓN


Es un proceso que ocurre una sola vez en cada generación celular, durante la fase S. Este proceso es realmente complejo y en él distinguimos varias etapas, presentando diferencias en eucariotas y procariotas:
-PROCARIOTAS:

  • Iniciación: comienza con una secuencia específica de nucleótidos conocida como “origen de la replicación”. Es necesaria la intervención de unas enzimas, llamadas helicasas, que rompen los p de H entre las bases complementarias, abriendo la doble hélice.

  • Al separase las dos cadenas, se producen superenrollamientos, por lo que otras enzimas llamadas topoisomerasas o girasas rebajan esa tensión, cortando las dos fibras, eliminando las tensiones y empalmándolas de nuevo.

  • Una vez separadas las dos cadenas unas proteínas de unión, proteínas estabilizadoras (proteínas ssb) se unen a las hebras manteniéndolas separadas y evitando que se retuerzan. Se forma así la horquilla de replicación.

  • La replicación es bidireccional, es decir hay dos helicasas trabajando cada una en un sentido. Las dos horquillas de replicación forman las burbujas u ojos de replicación.

  • Para que se forme una nueva cadena, necesitamos la cadena vieja que sirve de molde, pero además necesitamos un inicio de la nueva cadena, este inicio es un fragmento de ARN que se llama ARN cebador. Empezaría la ADN-polimerasa pero como necesita un cebador, lo inicia primero la ARN-polimerasas que si lo puede hacer sin cebador.

  • La ARN-polimerasa que inicia el proceso se llama primasa y sintetiza un fragmento pequeño de ARN, de unos 10 nucleótidos, primer, que actúa como cebador.

  • El ARN cebador es reconocido por unas enzimas llamadas ADN polimerasas, y la ADN polimerasa III empieza a sintetizar la nueva cadena de ADN añadiendo los nucleótidos uno a uno en sentido 5´3´. La energía necesaria para el proceso se obtiene a partir de los propios nucleótidos al perder dos de sus grupos fosfato. Si observamos al microscopio la zona donde ocurre la replicación, veremos una “burbuja de replicación” en cuyos extremos aparecen unas estructuras en forma de “Y” llamadas horquillas de replicación.



  • El proceso de replicación es bidireccional y siempre en el sentido 5’ 3’, ya que las polimerasas sólo colocan y unen nucleótidos en ese sentido. Como la replicación sólo ocurre en ese sentido y las dos cadenas de ADN son antiparalelas surgió el problema de cómo se produciría la replicación en los dos extremos de la horquilla. La respuesta la obtuvo Okazaki, al observar que la cadena 5’ 3’ se sintetiza de manera continua denominándose cadena adelantada o conductora, mientras que la otra cadena se forma de manera discontinua, mediante una serie de fragmentos, fragmentos de Okazaki, sintetizados cada uno en el sentido 5’ 3’, que posteriormente se unirían y darían lugar a la cadena retrasada o retardada. La ARN polimerasa sintetiza unos 40 nucleótidos de ARN (a una distancia de 1000 nucleótidos de la señal de inicio), y a partir de éste la ADN polimerasa III sintetiza unos 1000 nucleótidos de ADN en dirección 5’ 3’ formando los fragmentos de Okazaki. Este proceso se va repitiendo en diferentes zonas de la hebra patrón.

  • Ahora interviene la ADN-polimerasa I que primero actúa como una exonucleasa, retirando los fragmentos de ARN, y luego como una polimerasa, rellenando los huecos con fragmentos de ADN.

  • Por último, interviene otra enzima llamada ligasa, que une los fragmentos de ADN recién formados con la cadena en crecimiento dando la sensación de que la nueva hebra crece en sentido 3’ 5’.

  • Esta hebra es por lo tanto de crecimiento discontinuo y tarda más en crecer por lo que se le llama hebra retardada.


-EUCARIOTAS:

El proceso es similar a procariotas pero fundamentalmente posee dos diferencias:



  • El ADN de eucariotas está asociado a histonas y durante la replicación:

-la hebra que sirve de patrón a la conductora se queda con las histonas y ambas se enrollan sobre los octámeros “viejos”.

-la hebra que sirve de patrón a la retardada y la retardada se enrollan sobre octámeros “nuevos”.



  • La longitud del ADN en eucariotas es mucho mayor y también debido a la presencia de histonas el proceso es más lento. Por ello, en cada ADN de un cromosoma no hay un solo origen de replicación, sino un centenar, formándose 100 burbujas de replicación distribuidas de forma irregular. Se activan a la vez y constituyen los llamados replicones.


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