Etapas y Proceso de Replicación del ADN

Preparación para la Replicación

Paso 1: Formación de Bifurcaciones de Replicación

Antes de que el ADN pueda replicarse, la molécula bicatenaria debe "descomprimirse" en dos cadenas simples. El ADN tiene cuatro bases llamadas adenina (A), timina (T), citosina (C) y guanina (G) que forman pares entre las dos hebras. La adenina solo se empareja con la timina y la citosina solo se une con la guanina. Para desenrollar el ADN, estas interacciones entre pares de bases deben romperse. Esto es realizado por una enzima conocida como ADN helicasa. La helicasa de ADN interrumpe los enlaces de hidrógeno entre pares de bases para separar las hebras en una forma de Y conocida como bifurcación de replicación. Esta área será la plantilla para que comience la replicación.

El ADN es direccional en ambas cadenas, indicado por un extremo 5' y 3'. Esta notación significa qué grupo lateral está unido al esqueleto de ADN. El extremo 5' tiene un grupo fosfato (P) unido, mientras que el extremo 3' tiene un grupo hidroxilo (OH) unido. Esta direccionalidad es importante para la replicación, ya que solo progresa en la dirección 5' a 3'. Sin embargo, la horquilla de replicación es bidireccional; una hebra está orientada en la dirección 3' a 5' (cadena principal) mientras que el otro está orientado de 5 'a 3' (hebra rezagada). Por lo tanto, los dos lados se replican con dos procesos diferentes para acomodar la diferencia direccional.

Comienza la Replicación

Etapa 2: Unión del Cebador

La cadena principal es la más sencilla de replicar. Una vez que las hebras de ADN se han separado, un trozo corto de ARN llamado imprimación se une al extremo 3' de la hebra. El cebador siempre se une como punto de partida para la replicación. Los cebadores son generados por la enzima ADN primasa.

Replicación del ADN: Elongación

Paso 3: Alargamiento

Enzimas conocidas como ADN polimerasas son responsables de crear la nueva hebra mediante un proceso llamado alargamiento. Hay cinco tipos diferentes conocidos de ADN polimerasas en bacterias y células humanas. En bacterias como E. coli, polimerasa III es la principal enzima de replicación, mientras que las polimerasas I, II, IV y V son responsables de la comprobación y reparación de errores. La ADN polimerasa III se une a la hebra en el sitio del cebador y comienza a añadir nuevos pares de bases complementarios a la hebra durante la replicación. En las células eucariotas, las polimerasas alfa, delta y épsilon son las polimerasas primarias implicadas en la replicación del ADN. Debido a que la replicación avanza en la dirección 5 'a 3' en la hebra delantera, la hebra recién formada es continua.

El hebra rezagada comienza la replicación uniéndose con múltiples cebadores. Cada cebador está separado solo por varias bases. La ADN polimerasa luego agrega trozos de ADN, llamados Fragmentos de Okazaki, a la cadena entre cebadores. Este proceso de replicación es discontinuo a medida que los fragmentos recién creados se desarticulan.

Paso 4: Terminación

Una vez que se forman las hebras continuas y discontinuas, una enzima llamada exonucleasa elimina todos los cebadores de ARN de las hebras originales. Estos cebadores se reemplazan a continuación con bases apropiadas. Otra exonucleasa "corrige" el ADN recién formado para verificar, eliminar y reemplazar cualquier error. Otra enzima llamada ADN ligasa une fragmentos de Okazaki formando una sola hebra unificada. Los extremos del ADN lineal presentan un problema ya que la ADN polimerasa solo puede añadir nucleótidos en la dirección 5' a 3'. Los extremos de las cadenas parentales consisten en secuencias de ADN repetidas llamadas telómeros. Los telómeros actúan como tapas protectoras al final de los cromosomas para evitar que los cromosomas cercanos se fusionen. Un tipo especial de enzima ADN polimerasa llamada telomerasa cataliza la síntesis de secuencias de telómeros en los extremos del ADN. Una vez completada, la hebra parental y su hebra de ADN complementaria se enrollan en la forma familiar de doble hélice. Al final, la replicación produce dos moléculas de ADN, cada una con una cadena de la molécula original y una nueva cadena.

Enzimas de Replicación

La replicación del ADN no se produciría sin enzimas que catalizan diversas etapas en el proceso. Las enzimas que participan en el proceso de replicación del ADN eucariótico incluyen:

• ADN helicasa - desenrolla y separa el ADN bicatenario a medida que se mueve a lo largo del ADN. Forma la horquilla de replicación al romper los enlaces de hidrógeno entre los pares de nucleótidos en el ADN.
• ADN primasa - un tipo de ARN polimerasa que genera cebadores de ARN. Los cebadores son moléculas de ARN cortas que actúan como moldes para el punto de partida de la replicación del ADN.
• ADN polimerasas - sintetizar nuevas moléculas de ADN mediante la adición de nucleótidos a las cadenas de ADN delanteras y traseras.
• Topoisomerasa o ADN Girasa - desenrolla y rebobina las hebras de ADN para evitar que el ADN se enrede o se sobreenrolle.
• Exonucleasas - grupo de enzimas que eliminan bases nucleotídicas del extremo de una cadena de ADN.
• ADN ligasa - une fragmentos de ADN formando enlaces fosfodiéster entre nucleótidos.

Resumen de Replicación de ADN

La replicación del ADN es la producción de hélices de ADN idénticas a partir de una única molécula de ADN bicatenario. Cada molécula consiste en una cadena de la molécula original y una cadena recién formada. Antes de la replicación, el ADN se desenrolla y las hebras se separan. Se forma una horquilla de replicación que sirve como plantilla para la replicación. Los cebadores se unen al ADN y las ADN polimerasas añaden nuevas secuencias de nucleótidos en la dirección 5' a 3'.

Esta adición es continua en la hebra delantera y fragmentada en la hebra rezagada. Una vez que se completa el alargamiento de las hebras de ADN, se comprueban los errores de las hebras, se realizan reparaciones y se añaden secuencias de telómeros a los extremos del ADN.

Fuentes

• Reece, Jane B. y Neil A. Campbell. Biología Campbell. Benjamin Cummings, 2011.