- Me alegro, mamá, que hayas captado la idea de la estructura del ADN como una cuerda con dos hebras enrolladas entre sí hacia la derecha. ¿Qué crees que es lo primero que debe suceder para que el proceso de la replicación pueda comenzar?
- ¿Que la cuerda se desenrolle y que cada hebra quede libre?
- ¡Exacto! Eso es lo primero que tiene que ocurrir, que la doble hélice se desenrolle y cada cadena de ADN quede libre para servir como molde para la fabricación de la otra cadena complementaria. Aunque hay diferencias entre las células bacterianas y las de organismos superiores...
En procariotas, donde ha sido mejor estudiado el proceso es en la bacteria Escherichia coli.
En E. coli existen tres ADN polimerasas, denominadas I, II y III. De ellas la que lleva a cabo la mayor parte del proceso es la ADN polimerasa III.
En esta animación de Lourdes Luengo puedes simular ser una ADN polimerasa. Pulsa el botón comenzar y arrastra los nucleótidos que correspondan en cada una de las hebras moldes:
La replicación es un proceso que se divide en tres etapas bien diferenciadas:
Desenrollamiento y apertura de la doble hélice.
Síntesis de dos nuevas cadenas de ADN, complementarias a las hebras moldes.
Corrección de los errores.
Los nucleótidos que se incorporan a la cadena en síntesis deben ser desoxirribonucleótidos de adenina, timina, guanina y citosina, es decir, nucleótidos cuya molécula de ribosa, ha perdido un átomo de oxígeno en el carbono dos.
Que en cada una de las hebras se originaría una tensión que provocaría que cada hebra se enrollara sobre sí misma.
Eso mismo le sucede al ADN una vez ha actuado la helicasa rompiendo los puentes de H entre pares de bases de las dos hebras, y para evitar eso intervienen las enzimas topoisomerasas. Las proteínas SSB (del inglés single-strand-binding protein) se unen a las cadenas separadas para estabilizarlas y para que no se enrollen de nuevo las dos hebras molde.
En E. coli, la ADN polimerasa III es la que se encarga de fabricar ambas hebras de ADN complementarias con sus moldes. Cuando se separan ambas cadenas, no hay problema que la ADN polimerasa comience a leer en una de ellas en sentido 3'-5' —fabricando en sentido 5'-3'—, pero parece que también lo hace con la otra. Es decir, la síntesis parece ocurrir en ambos sentidos, las dos cadenas se sintetizan a la vez y la enzima parece que lee la cadena molde en sentido 5'-3' —fabricando en sentido 3'-5'—. Pero ya sabemos que las ADN polimerasas nunca pueden incorporar nuevos nucleótidos en ese sentido. ¿Cómo lo hace entonces?
Hay un segundo problema y es el hecho de que la ADN polimerasa no puede por sí sola iniciar la síntesis de una nueva cadena de ADN. Necesita algo, ¿pero qué es?
En la siguiente página del departamento de Bioquímica de la Universidad de México puedes encontrar ambas respuestas.
Como habrás podido descubrir, la respuesta a la primera pregunta está en los fragmentos de Okazaki, que no son más que pequeños fragmentos de ADN que la ADN polimerasa fabrica en sentido 5'-3' —en el sentido que sólo puede hacer— y que posteriormente se unen entre sí para dar una nueva hebra. A esta hebra se le denomina hebra retardada, precisamente porque tarda más tiempo en sintetizarse que la otra hebra, que lo hace de forma continua, y por ello se le denomina hebra conductora o líder.
La segunda respuesta está en el hecho de que la ADN polimerasa necesita un cebador o primer, que es un corto fragmento de ARN que actúa como iniciador de la replicación y que finalmente se elimina del ADN formado. De la síntesis de este ARN se encarga la ARN polimerasa. En el caso de la hebra retardada, cada fragmento de Okazaki lleva también su primer, que será también eliminado al final.
En el siguiente vídeo puedes ver cómo tiene lugar la replicación en ambas cadenas:
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Caso de estudio
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