2- LA REPLICACION DEL ADN

2- LA REPLICACION DEL ADN

La replicación del ADN es el proceso mediante el cual a partir de una molécula de ADN progenitora se sintetizan dos moléculas hija con la misma secuencia que el ADN original

La realización tiene lugar en la fase S de lal interfase y es necesario para que se lleve a cabo la división celular.

        Hay 3 tipos de hipótesis sobre como se produce la realización:

Con el modelo de la doble hélice de Watson y Crick se desarrolló la idea de que las hebras originales debían servir de patrón para hacer la copia, aunque en principio había tres posibles modelos de replicación:

• Modelo conservativo: Proponía que tras la replicación se mantenía la molécula original de DNA intacta, obteniéndose una molécula idéntica de DNA completamente nueva, es decir, con las dos hebras nuevas.

• Modelo semiconservativo: Se obtienen dos moléculas de DNA hijas, formadas ambas por una hebra original y una hebra nueva.

• Modelo dispersivo: El resultado final son dos moléculas nuevas formadas por hebras en las que se mezclan fragmentos originales con fragmentos nuevos. Todo ello mezclado al azar, es decir, no se conservan hebras originales ni se fabrican hebras nuevas, sino que aparecen ambas mezcladas.

                                          2.2- LA REPLICACION EN PROCARIOTAS

• PROTEINAS QUE INTERVIENEN EN LA REPLICACION

La replicación está controlada por enzimas y otras porteínas de naturaleza no enzimática. Las principales son:

☛ADN-polimerasas. Son enzimas encargados de catalizar la formación de los enlaces fosfodiéster en sentido 5´ → 3´ 

☛Helicasas. Son enzimas que rompen los enlaces de H que mantienen unidas las bases complementarias y, por tanto, son los encargados de abrir la doble hélice.


☛Topoisomerasas. Son enzimas cuya función es desenrollar la doble hélice de ADN. El mejor conocido es el enzima ADN-girasa. 

 

☛Primasa. Es un enzima que cataliza la formación de un fragmento de ARN, llamado cebador, que iniciará la replicación. 

☛Proteína SSB. Son proteínas que unen las cadenas de ADN una vez separadas y evitan que se enrollen de nuevo. 

☛ADN-ligasa. Es un enzima que une dos fragmentos de una misma cadena.

 

•  LA REPLICACION CONTINUA Y DISCONTINUA

La replicación se produce simultáneamente en las dos cadenas de ADN. Empiezan en un punto determinado del ADN, denominado origen de la replicación, y, a partir de ese punto, las dos cadenas se separan, la replicación avanza y se copian las dos hebras a la vez en ambos sentidos, es decir, es bidireccional. 

Pero esto plantea un problema, ya que las dos cadenas de la doble hélice discurren en direcciones opuesta. Una en 5´- 3´y otra en 3´-5´.

Como la replicación del ADN implica la formación de 2 cadenas antiparalelas nuevas tomando com molde las 2 cadenas sencilllas originales, una de las cadenas nuevas deberá sintetizarse en 5´-3´y otra en 3´-5´.

Puesto que la replicación del ADN dúplex ocurre simultáneamente en las 2 cadenas y como la ADNPOLIMERASA III actúa únicamente en la dirección 5'--->3', sólo una de
las 2 nuevas cadenas es sintetizada de forma continua (cadena conductora); la otra (cadena retardada) es sintetizada de modo discontinuo, mediante la formación de fragmentos cortos llamados fragmentos de Okazaki, por ser este científico japonés quién descubrió este hecho.
La síntesis de cada uno de estos fragmentos también tiene lugar a partir de un ARN cebador.

Además de la enzima ADN POLIMERASA III, en la replicación del ADN intervienen otras enzimas.

 Basándoseen los conocimientos actuales, el mecanismo de replicación del ADN en las bacterias (Escherichia coli), podría ocurrir de la siguiente forma:

1.  El proceso comienza en una determinada secuencia de nucleótidos (origen de la replicación), donde se produce la desespiralización del ADN y consiguiente separación de las 2 cadenas. Esta desespiralización es provocada por la enzima ADN-HELICASA que rompe los enlaces de hidrógeno que unían ambas cadenas.
2.  Las llamadas proteínas SSB se fijan fuertemente a cada una de las cadenas separadas, impidiendo que vuelvan a unirse de nuevo. Intervienen también otras enzimas llamadas TOPOISOMERASAS cuya función es impedir el enmarañamiento del ADN durante la replicación; actúan cortando una o las dos cadenas y, una vez eliminadas las tensiones, las unen de nuevo.
3. A partir del punto de origen de la replicación se forman 2 “horquillas”, una se desplaza hacia la derecha y la otra hacia la izquierda. En cada horquilla se va a formar una cadena conductora y una cadena retardada 
4. En cada horquilla la enzima ARN-PRIMASA determina la síntesis de cortos segmentos de ARN (los ARN-cebadores o ARN primer) complementarios al ADN.
5.  A partir del ARN cebador, una de las nuevas cadenas (cadena conductora) es sintetizada de forma continua en la dirección 5'--->3'; la otra (cadena retardada) es sintetizada, también en esa dirección, pero en fragmento cortos (fragmentos de Okazaki). Como ya hemos dicho, la enzima que une los desoxirribonucleótidos al extremo 3'-OH del ARN-cebador es la ADNPOLIMERASA III.
6. A continuación la enzima ADN-POLIMERASA I elimina los segmentos de ARN-cebador.
   Los espacios que quedan libres son rellenados con desoxirribonucleótidos que la                ADN-POLIMERASA I une al extremo 3'-OH libre de los fragmentos de Okazaki.                  La ADN-POLIMERASA I, al igual que la III, sólo actúa en dirección 5´ ----> 3
7. Por último, la enzima ADN LIGASA une o "suelda" los extremos 3' y 5' de los fragmentos de ADN contiguos. Esta enzima requiere el aporte energético del ATP.
8. Al encontrarse las dos horquillas, se fusiona la cadena conductora de una con la cadena retardada de la otra, formándose las 2 moléculas de ADN “hijas”.

2.3- LA REPLICACION EN EUCARIOTAS

La replicación en eucariotas es muy parecida a la de los porcariotas, aunque tiene mayor complejidad.

• Los cromosamas de los eucariotas continen moléculas de ADN muy largas. Para abreviar el proceso de la replicación, se inicia de manera simultánea en varios puntos de la cadena llamados replicones
• Hay 5 tipos de ADN-polimerasas (alfa, beta,......) que se reparten las tareas de elongación y corrección de errores.
• En los cromosomas de los organismo eucariotas, el ADN se encuentra asociado a histonas, proteínas básicas que no tienen las procariotas y que se duplican durante la replicación.
• El proceso de replicación del ADN se va complementando hasta llegar al extremo del cromosoma, el telómero. Cuando se elimina el último ARN cebador, la hebra retardada queda incompleta, ya que el ADN-polimerasa no puede rellenar el hueco, al ser incapz de sintetizar en dirección 3´-5´. Este hecho hace que el telómero se vaya acortando un poco cada vez que la célula se divide, fenómeno que se asocia a los procesos de envejecimiento y muerte celular

En resumen: