| REPLICACIÓN DEL ADN |
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Cuando una célula se divide, o cuando se originan los gametos, las nuevas células que se forman deben contener la información genética que les permita sintetizar todas las enzimas y el resto de las proteínas necesarias para realizar sus funciones vitales. Ésta es la principal razón por la que el ADN debe replicarse.
Replicación del ADN → una moll. de ADN de doble hélice da lugar a otras dos moléculas de ADN con la misma secuencia de bases.
El ADN es una molécula formada por dos hebras complementarias y antiparalelas. Una de las primeras dudas que se plantearon fue la de cómo se replicaba el ADN. A este respecto había tres hipótesis:
HIPÓTESIS SOBRE LA FORMA DE REPLICACIÓN DEL ADN
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| Conservativa | En las copias de ADN, una moll. de ADN tiene las dos hebras originales y la otra las dos hebras nuevas. Una célula hija recibe la molécula original y la otra célula recibe la copia. |
| Semiconservativa | Cada hebra de ADN forma una hebra complementaria. En cada nueva moll. de ADN habrá una hebra antigua (original) y otra nueva (copia). Cada célula hija recibe una molécula de ADN que consta de una hebra original y su complementaria neosintetizada. |
| Dispersiva | El ADN original y el neoformado se mezclan en ambas hebras. |
Esta controversia fue resuelta por MESELSON y STAHL con una serie de experiencias.
| SÍNTESIS DEL ADN IN VITRO (KORNBERG, 1956; CAIRNS, 1963; OKAZAKI, 1968) |
KORNBERG aisló, a partir de la Escherichia coli, la enzima ADN-polimerasa, capaz de sintetizar ADN in vitro. Hacían falta las bases nitrogenadas, y un ADN en el que una de las hebras actúa como "hebra patrón" y un extremo de la otra como "ADN cebador".
La ADN-polimesasa está en el núcleo y en las mitocondrias. Posee varios loci (→ lugares donde se fijan los sustratos), que son ocupados por el ADN patrón, el ADN cebador y el nucleótico que se añadirá a éste, en el extremo que presenta libre el C3´ del nucleótido. Así pues, la cadena de ADN cebador sólo puede crecer en el sentido 5´→ 3´. La nueva hebra sintetizada es complementaria y antiparalela.
CAIRNS (1963) obtuvo la secuencia completa de la replicación del ADN de la Escherichia coli. Obtuvo:
- Formas en V→ horquillas de replicación.
- Formas de media luna → burbujas de replicación.
- Formas circulares → el ADN de la Escherichia coli era circular.
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CAIRNS volvió a confirmar la hipótesis semiconservativa, y además, descubrió que la replicación parte de un único punto. Se pensó que la replicación era unidireccional, pero después se comprobó que es bidireccional: hay dos horquillas que progresa en ambas direcciones hasta completarse.
Esto planteó dos dilemas:
(i) Cómo la ADN-polimerasa podía sintetizar sin necesidad de un cebador.
(ii) Cómo las dos nuevas hebras crecían en paralelo, en direcciones 5´→ 3´ y 3´ → 5´.
La solución la dió OKAZAKI (1968). Descubrió los fragmentos de Okazaki, que son sintetizados por la ARN-polimerasa, que no precisa cebador para empezar, y luego por la ADN-polimerasa, en dirección 5´ → 3´ sobre dif. regiones de la hebra patrón. Luego, tras perder su porción de ARN, se fusionan. La sensación es que la nueva hebra crece en el sentido 3´→ 5´.
MECANISMO DE LA REPLICACIÓN DEL ADN EN BACTERIAS
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| 1. Existe una secuencia de nucleótidos en el ADN → origen de replicación → señal de iniciación |
| 2. Helicasa → separa las hebras Topoisomerasas (I, II) → eliminan las tensiones de la fibra desenrollada (en la Escherichia coli, II→ girasa) |
| 3. Proteínas estabilizadoras (SSB) → mantienen la separación de ambas hebras → horquilla de replicación |
| 4. El proceso es bidireccional → 2 horquillas de replicación → burbujas = ojos de replicación |
| 5. Interviene 1º la ARN-polimerasa (→ primasa) → primer (ARN): actúa como cebador |
| 6. Interviene después la ADN-polimersa III → partiendo del primer empieza a sintetizar una hebra de ADN (→ elongación), en sentido 5´→ 3´, de crecimiento continuo → hebra conductora |
| 7. Sobre la otra hebra antiparalela, la ARN-polimerasa sintetiza unos 40 nucleótidos de ARN a unos 1000 nucleótidos de la señal de iniciación. A partir de ellos, la ADN-polimerasa III sintetiza unos 1000 nucleótidos de ADN → fragmentos de Okazaki. Después interviene la ADN-polimerasa I, que retira los segmentos de ARN (→ función exonucleasa) y luego rellena los huecos con nucleótidos de ADN (→ función polimerasa). Finalm., la ADN-ligasa empalma entre sí los dif. frag. → esta hebra es de crecimiento discontinuo → hebra retardada |
| 8. El proceso continúa hasta la duplicación del ADN. Replisoma → complejo formado por todas las enzimas que intervienen en la replicación. |
 Replisoma |
MECANISMO DE LA REPLICACIÓN DEL ADN EN EUCARIONTES
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Diferencias:
(i) El ADN de los eucariontes está asociado a histonas. Durante la replicación (→ en el periodo S de la interfase), la hebra patrón de la conductora se queda con las histonas y ambas se enrollan sobre los octámeros antiguos. La hebra patrón de la retardada, y ésta, se enrollan sobre nuevos octámeros (→ nuevos nucleosomas).
(ii) En cada ADN de un cromosoma hay un centenar de origenes de replicación → 100 ojos de replicación → replicones.
(iii) Los fragmentos de Okasaki son más pequeños.
