T-14 La replicación del ADN (contenidos)

Los contenidos que desarrollan este interesnte tema son:

TEMA 14 LA REPLICACIÓN DEL ADN

1. CONCEPTO DE REPLICACIÓN

·         Replicación: proceso mediante el cual el ADN fabrica copias idénticas de sí mismo, que tiene lugar durante la fase S de la interfase

·         Replicación semiconservativa. Modelo propuesto por Watson y Crick según el cual la doble hélice del ADN se abre y las dos cadenas de nucleótidos se separan; a partir de cada una de las dos cadenas se forma una nueva que es complementaria de la que ha servido como molde. Por tanto, cada doble hélice hija está formada por una hebra de las dos originales y una de nueva síntesis

2. LA REPLICACIÓN EN PROCARIOTAS
1. Fase de iniciación

·         Es el desenrrollamiento y apertura de la doble hélice

·         En el cromosoma bacteriano hay un único punto de iniciación llamado oriC

·         En el proceso intervienen las siguientes proteínas:

o   Proteínas específicas llamadas ADN A. Se unen al oriC y forman un gran complejo ADN-proteína, cuya función es provocar la apertura de la burbuja para que entren el resto de proteínas

o   Helicasas. Enzimas que rompen los enlaces de hidrógeno entre las bases nitrogenadas y que provocan que la doble hélice se abra como una cremallera

o   Girasas y topoisomerasas. Cortan y sueldan la hélice de ADN en los extremos de la burbuja de replicación para evitar el sobreenrollamiento que tendría lugar en esa zona

o   Las proteínas SSB se unen a las hebras molde e impiden que se vuelvan a enrollar

·         Alrededor del oriC se ha formado una burbuja de replicación, en la que hay dos zonas con forma de Y llamadas horquillas de replicación. La burbuja de replicación se va extendiendo a lo largo del cromosoma en ambos sentidos; de ahí que se diga que la replicación es bidireccional

2. Fase de elongación.

·         En ella se sintetiza una nueva hebra de ADN sobre cada hebra de la doble hélice original

·         Las enzimas que intervienen son las ADN polimerasas, hay tres tipos, I, II y III y con una función doble:

o   Actividad polimerasa. Unen entre sí los nucleótidos que formarán el ADN. Para ello, recorren la hebra molde, seleccionan el desoxirribonucleótido cuya base es complementaria con el de la hebra molde y lo unen. Sobre todo, la ADN polimerasa III

o   Actividad exonucleasa. Eliminan nucleótidos cuyas bases nitrogenadas están mal apareadas, así como fragmentos de ARN cebador. Sobre todo, la ADN polimerasa I

·         El mecanismo de elongación es, básicamente el mismo en las dos hebras de ADN. Las ADN polimerasas recorren la hebra molde en sentido 3´→5´, y va uniendo nucleótidos en el extremo 3´hasta que se forman las hebras replicadas; por lo que la nueva hebra que se va formando crece en sentido 5´→3´. Sin embargo, como las dos cadenas de ADN son antiparalelas, el proceso no es igual en las dos hebras

·         Proceso de elongación en la horquilla de replicación

o    Sea cual sea la hebra, la ADN polimerasa no puede iniciar de cero la síntesis de la nueva cadena, necesita un fragmento de unos 10 nucleótidos de ARN, denominado cebador o primer con un extremo hidroxilo 3´libre al que añadir los nuevos nucleótidos. Este cebador es sintetizado por una ARN polimerasa llamada primasa, y está formado por una secuencia de nucleótidos complementaria a la de la cadena molde en el lugar donde se inicia la replicación

o   La síntesis de las nuevas hebras es bidireccional y se realiza recorriendo las dos hebras molde en sentido 3´→5´. A estas partes de las dos cadenas se las llama hebra conductora o líder, y la síntesis se hace de forma continua y usando un único cebador

o   La otra zona de ambas cadenas, que quedan orientadas en sentido 5´→3´ se las denomina hebra retardada y la síntesis de la nueva cadena es discontinua y con múltiples cebadores. La síntesis de ambas hebras se produce de forma simultanea hasta que se termina totalmente la duplicación

o   El mecanismo de síntesis de la hebra retardada fue descubierto en 1973 por Reiji Okazaki y consiste en la síntesis discontinua de pequeños fragmentos de ADN de unos 1000 a 2000 nucleótidos (fragmentos de Okazaki). Cada uno de los fragmentos requiere de un cebador. La ADN polimerasa I va eliminando el cebador y rellenando los huecos, y finalmente la ADN ligasa une todos los fragmentos obtenidos

3. Fase de terminación

·         La replicación en los procariotas tiene un único origen y es bidireccional. Las dos horquillas van avanzando en sentidos opuestos hasta llegar a un punto del cromosoma, denominado Ter, situado en posición diametralmente opuesta al de iniciación.

·         A este punto se une una proteína específica (proteína Tus) que bloquea el avance de las helicasas y la replicación termina

3. LA REPLICACIÓN EN EUCARIOTAS

Las principales diferencias con la replicación en procariotas son:

·         Los cromosomas eucariotas son muy largos, por lo presentan múltiples orígenes de replicación que actúan todos a la vez

·         El tamaño de los fragmentos de Okazaki son más pequeños en los eucariotas, pasando de 1000-2000 nucleótidos a tan solo 100-200

·         Existen 5 tipos de ADN polimerasa (α, β, γ, δ, ε)

·         Los eucariotas, simultáneamente a la replicación, van sintetizando las histonas, que no existen en los procariotas

El telómero y las telomerasas

·         El proceso de replicación se va completando hasta llegar al extremo del cromosoma, el telómero.

·         Cuando se elimina el último cebador, la hebra retarda queda incompleta, ya que la ADN polimerasa no puede rellenar el hueco al no poder sintetizar en sentido 3´→5´.

·         Este hecho hace que el telómero se vaya acortando un poco con cada división, y esto puede suponer la pérdida de información genética importante que está asociada a los procesos de senescencia (envejecimiento) y muerte celular

·         Para paliar el acortamiento de los cromosomas existe una enzima, la telomerasa que es capaz de completar el fragmento de telómero que se pierde y así mantener la longitud del mismo

·         Las telomerasas son muy activas en células de la línea germinal, las embrionarias y cancerosas, pero no lo son tanto en las células somáticas, que tras varias divisiones sucesivas el telómero se acorta y la célula se deteriora y muere