Replicación del ADN (Meselson y Stahl)

El modelo semiconservativo significa que cada cadena de la doble hélice del ADN funciona como molde para la síntesis de una nueva cadena complementaria. Este proceso nos lleva de una molécula de inicio a dos moléculas hijas, en las que cada nueva doble hélice contiene una cadena nueva y otra vieja.

Las células necesitan copiar su ADN muy rápidamente y con muy pocos errores para que no haya ningún problema como el cáncer. Para ello, se utilizan una variedad de enzimas y proteínas que trabajan en conjunto para asegurar que la replicación del ADN se lleva a cabo sin incidentes y con precisión.

La ADN polimerasa

Las ADN polimerasas son responsables de la síntesis de ADN, pues añaden nucleótidos uno por uno a la cadena creciente de ADN, e incorporan solo aquellos que sean complementarios al molde.

La adición de nucleótidos requiere energía, que proviene de los nucleótidos, ya que tienen tres fosfatos unidos a ellos (muy similares a las moléculas de ATP). Cuando se rompe el enlace entre los fosfatos, la energía liberada se utiliza para formar un enlace entre el nucleótido entrante y la cadena creciente.

Transcripción (síntesis del ARN)

La transcripción es el primer paso de la expresión génica, el proceso por el cual la información de un gen se utiliza para generar un producto funcional, como una proteína. El objetivo de la transcripción es producir una copia de ARN de la secuencia de ADN de un gen.

La ARN polimerasa

Es la principal enzima que participa en la transcripción. Utiliza un molde de ADN de cadena sencilla para sintetizar una cadena complementaria de ARN. Específicamente, la ARN polimerasa produce una cadena de ARN en dirección 5’ a 3’, al agregar cada nuevo nucleótido al extremo 3’ de la cadena.

Etapas de la transcripción.

1º- Iniciación: La ARN polimerasa se une a una secuencia de ADN llamada promotor, que se encuentra al inicio de un gen. Una vez unida, la ARN polimerasa separa las cadenas de ADN para proporcionar el molde.

2º- Elongación: la cadena molde actúa como plantilla para la ARN polimerasa. Al leer este molde, la polimerasa produce una molécula de ARN a partir de nucleótidos complementarios y forma una cadena que crece de 5’ a 3’. El transcrito de ARN tiene la misma información que la cadena de ADN contraria a la molde en el gen, pero tiene la base uracilo en lugar de timina.

3º- Terminación: Las secuencias llamadas terminadores indican que se ha completado el transcrito de ARN. Una vez transcritas, estas secuencias provocan que el transcrito sea liberado de la ARN polimerasa.

Los cebadores y la primasa

Las ADN polimerasas solo pueden agregar nucleótidos en el extremo 3’ de una cadena de ADN existente.

La primasa hace un cebador de ARN, un corto segmento de ácido nucleico complementario al molde, que proporciona un extremo 3’ con el que el ADN polimerasa puede trabajar. El cebador ceba a la ADN polimerasa, es decir, le proporciona lo que necesita para funcionar.

Una vez que el cebador de ARN está en su sitio, la ADN polimerasa lo extiende añadiendo nucleótidos uno a uno para hacer una cadena nueva de ADN complementaria a la cadena molde.

Cadena líder y cadena rezagada

La ADN polimerasa que se encarga de la mayor parte de la síntesis es la ADN polimerasa III. Hay dos moléculas de ADN polimerasa III en una horquilla de replicación.

Las ADN polimerasas solo pueden hacer ADN en dirección 5’ a 3’, esto plantea un problema durante la replicación. Una doble hélice de ADN siempre es antiparalela, es decir, una cadena va en sentido 5’ a 3’ y la otra va en sentido 3’ a 5’. Esto hace necesario que las dos cadenas nuevas, que también son antiparalelas a sus moldes, se produzcan de formas ligeramente diferentes.

Una cadena nueva, que corre de 5’ a 3’ hacia la horquilla de replicación es fácil. Esta cadena se produce continuamente porque la ADN polimerasa se mueve en la misma dirección que la horquilla de replicación. Esta cadena sintetizada continuamente se llama cadena líder.

La otra cadena nueva que corre de 5’ a 3’ y se aleja de la horquilla, es más difícil. Esta cadena se produce en fragmentos, porque conforme avanza la horquilla, la ADN polimerasa que se aleja de la horquilla de debe separarse y volver a unirse al ADN recién expuesto. Esta cadena que se produce en fragmentos se llama cadena rezagada.

Los pequeños fragmentos se llaman fragmentos de Okazaki. La cadena líder puede extenderse a partir de un solo cebador, mientras que la cadena rezagada necesita un cebador nuevo para cada fragmento de Okazaki.

Curiosidades sobre los genes

Una molécula de ADN se divide en unidades funcionales llamadas genes. Cada gen proporciona las instrucciones para formar una molécula necesaria para desempeñar un trabajo en la célula.

El producto funcional de la mayoría de los genes son proteínas, o para ser más exactos, polipéptidos, es decir, una cadena de aminoácidos. Los genes que especifican polipéptidos se conocen como genes codificantes de proteínas.

Los telómeros y telomerasa. El problema de la replicación.

Los cromosomas de eucariontes son lineales, por lo que tienen extremos. Precisamente, justo en los extremos del cromosoma, el ADN no se puede copiar completamente en cada ronda de replicación y se observa un acortamiento del cromosoma.

Los cebadores de los fragmentos de Okazaki pueden sustituirse fácilmente con ADN y los fragmentos se conectan para formar una cadena intacta. Sin embargo, cuando la horquilla de replicación llega al final del cromosoma, hay un corto segmento de ADN que no se cubre por un fragmento de Okazaki. Como consecuencia, no hay manera de comenzar un fragmento porque el cebador caería más allá del final del cromosoma. Además, el cebador del último fragmento de Okazaki no se puede reemplazar por ADN como otros cebadores.

Debido a estos problemas, parte del ADN al final de un cromosoma eucarionte se deja sin copiar. Tras múltiples rondas de división celular, el cromosoma se volverá más y más corto.

Para evitar la pérdida de los genes por el desgaste de los extremos del cromosoma, las puntas de los cromosomas tienen tapones de ADN especializados, llamados telómeros. Los telómeros se componen de cientos o miles de repeticiones de la misma secuencia corta de ADN.

Algunas células tienen la capacidad de revertir el acortamiento de los telómeros por la expresión de la telomerasa, una enzima que extiende los telómeros de los cromosomas. La telomerasa es una ADN polimerasa dependiente de ARN, lo que significa que puede producir ADN usando un molde de ARN.

Muchas células cancerosas tienen telómeros acortados y telomerasa activa. Si se pudiera inhibir la telomerasa con fármacos como parte del tratamiento de un cáncer, su división excesiva podría detenerse.

BIOGÉNESIS Y ORIGEN EVOLUTIVO: El origen del núcleo, como muchos otros orgánulos tiene lugar en una procariota ancestral, en la cual le creció un mesosoma que rodeó el ADN que existía dentro de la célula pero pegado a la membrana. Este mesosoma es el origen de la doble capa del núcleo. El núcleo actual es fruto de la evolución de este hecho.