Replicación del ADN: La Síntesis de Nuevas Cadenas
La replicación del ADN es un proceso fundamental para la vida, ya que permite la duplicación del material genético antes de la división celular. Este proceso se lleva a cabo gracias a la acción coordinada de varias enzimas, siendo la principal la ADN polimerasa.
La Función de la ADN Polimerasa
Las burbujas de replicación son esenciales porque permiten que la ADN polimerasa tenga acceso a las bases de cada cadena de ADN. En cada horquilla de replicación, un complejo de ADN polimerasa y otras proteínas se unen a cada cadena parental. La ADN polimerasa reconoce una base no apareada en la cadena parental y la combina con una base complementaria de un nucleótido libre. Por ejemplo, la ADN polimerasa aparea un nucleótido libre de timina a la base expuesta de adenina de la cadena parental.
Luego, la ADN polimerasa cataliza la formación de nuevos enlaces covalentes, uniendo el fosfato del nucleótido libre entrante (el extremo 5′) con el azúcar del nucleótido que se agregó recientemente (el extremo 3′) de la cadena hija en crecimiento. De esta forma, la ADN polimerasa cataliza la unión en el esqueleto de azúcar-fosfato de la cadena hija. La ADN polimerasa siempre se mueve desde el extremo 3′ de una cadena parental (el extremo con un grupo azúcar libre) hacia el extremo 5′ (con un grupo fosfato libre); los nuevos nucleótidos siempre se agregan al extremo 3′ de la cadena hija. En otras palabras, la ADN polimerasa se mueve de 3′ a 5′ en la cadena parental y simultáneamente de 5′ a 3′ en la cadena hija.
Dado que las dos cadenas de ADN parentales de doble hélice están orientadas en sentido contrario, las moléculas de ADN polimerasa se mueven en sentidos opuestos en las dos cadenas parentales. Los cromosomas eucarióticos son muy largos, y para duplicar un cromosoma completo en un tiempo razonable, muchas enzimas ADN helicasa abren numerosas burbujas de replicación, permitiendo que una gran cantidad de enzimas ADN polimerasa copien las cadenas parentales en segmentos pequeños. Las burbujas crecen conforme progresa la replicación del ADN y se fusionan cuando hacen contacto entre ellas.
La Unión de Segmentos de ADN: El Papel de la ADN Ligasa
La ADN helicasa se desplaza a lo largo de la doble hélice para desenrollarla y separarla en cadenas. Una ADN polimerasa (llamada polimerasa número 1) sigue a la helicasa y sintetiza una cadena de ADN hija, completa y continua, llamada cadena guía. Sin embargo, en la otra cadena parental, la ADN polimerasa número 2 se aleja de la helicasa, por lo que solo puede catalizar la síntesis de fragmentos de la nueva cadena de ADN, llamada cadena rezagada, la cual se sintetiza de manera discontinua. Estos segmentos de ADN se conocen como fragmentos de Okazaki.
Múltiples ADN polimerasas catalizan la síntesis de fragmentos de ADN de diversas longitudes. Dentro de cada burbuja de replicación hay una cadena guía y docenas o miles de fragmentos de Okazaki en las cadenas rezagadas. La ADN ligasa es la enzima encargada de unir estos fragmentos de ADN hasta que cada cadena hija contenga un polímero de ADN largo y continuo.
Mutaciones: Cambios en la Secuencia del ADN
Los cambios en la secuencia de las bases del ADN, que a veces dan como resultado genes defectuosos, se llaman mutaciones.
Duplicación Exacta y Corrección del ADN
La duplicación exacta y la corrección del ADN permiten lograr una duplicación del ADN casi libre de errores
La duplicación del ADN no es perfecta. La ADN polimerasa cataliza el enlace de las bases de forma incorrecta alrededor de una vez por cada 1000 a 100,000 pares de bases. Sin embargo, las cadenas de ADN completas contienen solo aproximadamente un error en cada cien millones o mil millones de pares de bases. Esta baja tasa de errores se logra por la acción de una variedad de enzimas reparadoras del ADN que corrigen cada cadena hija durante y después de la síntesis. Algunas formas de ADN polimerasa reconocen y corrigen errores en los pares de bases inmediatamente. A pesar de esta precisión, existen errores y daños al ADN causados por factores ambientales como sustancias químicas y radiación. La mayoría de estos errores son reparados, pero algunos pueden persistir.