Replicación del ADN
ADN Polimerasas
Las ADN polimerasas son las enzimas que catalizan la formación de enlaces éster entre nucleótidos consecutivos. Añaden secuencialmente al extremo 3’ de una cadena, los nucleótidos complementarios a los de la otra cadena que actúa como molde. Como sustrato utilizan los trifosfatos de los desoxirribonucleósidos correspondientes.
En E. coli hay tres ADN polimerasas. Las más conocidas son la Pol I y la Pol III. Son enzimas procesivas; avanzan sobre la hebra molde, mientras catalizan las reacciones añadiendo nucleótidos al extremo 3’ de la otra cadena. Requieren la existencia previa de un cebador, un fragmento de cadena preexistente, al que añaden los nuevos nucleótidos. La Pol III es la enzima que se encarga de la replicación in vivo. No actúa sola, sino asociada a otras enzimas:
- Girasas: Actúan desenrollando el ADN.
- Helicasas: Separan las dos hebras del ADN.
- Proteínas SSB: Estabilizan el ADN monocatenario mientras se completa la replicación.
- Primasa: Sintetiza el ARN cebador.
- Ligasa: Suelda los fragmentos adyacentes formando un enlace éster.
Replicación en Procariotas
En bacterias, la replicación es bidireccional. Empieza en un punto del ADN que se llama origen de replicación (oriC). Se separa una de las dos cadenas del ADN, la replicación va avanzando en los dos sentidos y se copian las dos hebras a la vez. Se necesitan dos complejos enzimáticos, los cuales copian a la vez las dos cadenas del ADN. Un grupo de enzimas del complejo se encarga de desenroscar la hélice y de separar las bases nitrogenadas apareadas, y un grupo de proteínas estabilizan las cadenas sencillas del ADN.
Las ADN polimerasas requieren la preexistencia de una cadena a la que añaden nucleótidos por el extremo 3’. El complejo enzimático incluye una enzima que sintetiza una cadena corta de ARN que sirva de cebador.
A partir de ella se irán añadiendo desoxinucleótidos. Las polimerasas construyen el ADN en el sentido 5’ a 3’. Avanza desde oriC en ese sentido, pero las cadenas del ADN tienen polaridad opuesta. En 1968, Okazaki descubrió que en las células en replicación abundan unos fragmentos formados por una cadena de ARN de 50 nucleótidos y otra cadena más larga de ADN.
La existencia de esas cadenas híbridas se llaman fragmentos de Okazaki. La doble hélice inicial se replica en los dos sentidos formándose las horquillas de replicación. En cada horquilla, una hebra, la conductora, se replica continuamente. La primasa actúa una sola vez.
La otra (hebra retardada) se replica de forma discontinua ya que la Pol III ha de avanzar en sentido contrario. La primasa sintetiza una pequeña cadena de ARN y la Pol III añade desoxirribonucleótidos a su extremo 3’ hasta completar un fragmento de Okazaki. Para avanzar en sentido 5’ a 3’, la cadena molde de la hebra retardada forma un bucle. Actúa luego la Pol I que hidroliza el ARN cebador, añade al extremo 3’ del ADN recién sintetizado los desoxirribonucleótidos que sustituyen el fragmento de ARN.
Finalmente, una ADN ligasa forma el enlace fosfodiéster que acaba de unir los fragmentos de la hebra retardada.
Replicación en Eucariotas
Similar al descrito en E. coli con diferencias:
- El ADN eucariótico forma parte de la cromatina cuya unidad elemental son los nucleosomas, que suponen un obstáculo al avance de las horquillas de replicación. El proceso es más lento porque se han de desmontar también los octámeros de las histonas.
- El ADN eucariótico es de mayor longitud que el de las procariotas.
- Las ADN polimerasas son más complejas.
- El tamaño de los fragmentos de Okazaki es menor que en procariotas.
Reparación del ADN
Las ADN polimerasas actúan con pocos errores, pero cuando se cometen hay sistemas de reparación del ADN.
Una endonucleasa específica reconoce el error en la cadena nueva y escinde el enlace fosfodiéster. La ADN polimerasa I actúa a continuación, con lo que se elimina el nucleótido incorrecto y se inserta el correcto. Finalmente, la ADN ligasa cierra la mella.
Transcripción y Traducción
Un gen es un fragmento de ADN que determina la síntesis de una molécula de ARN o de una proteína. Los genes que al expresarse producen proteínas se llaman genes estructurales. La expresión de un mensaje genético en forma de moléculas de ARN recibe el nombre de transcripción y en forma de proteínas, traducción. La transcripción tiene un paso que es la síntesis de ARN. La traducción consiste en la síntesis de proteínas siguiendo el mensaje del ARN. Los genes estructurales producen proteínas cuya acción se manifiesta en la producción de caracteres del organismo. Los genes reguladores pueden producir ARN que no se traduce a proteínas (rRNA, tRNA, ARN que se une a ADN) o pueden producir proteínas reguladoras que se unen a segmentos de ADN.