Replicacion en procariotas

REPLICACIÓN DEL ADN
El significado genético de la replicación es el de conservar la información genética. La estructura del ADN en doble hélice permite comprender como dicha molécula puede dar lugar a copias sin perder su conformación. En principio, las dos hebras deberían separarse. Después, mediante la acción de otra enzima, a partir de desoxirribonucleótidos sueltos y según la complementariedad de bases, podría irse construyendo las hebras complementarias de las dos hebras “modelo” iniciales.

MODELOS DE REPLICACIÓN PROPUESTOS
Para explicar este proceso se propusieron tres hipótesis:

• Hipótesis Conservativa. Propone que tras la duplicación, quedan, por un lado, las dos hebras antiguas juntas y, por otro, las dos hebras nuevas también espiralizadas.

• La Hipótesis Semiconservativa sobre la duplicación del ADN se debe a Watson y Crick. En ella se sostiene que, en las dos moléculas de ADN de doble hélice hijas, una de las hebras sería la antigua y otra la moderna.

• La Hipótesis Dispersiva supone que la primitiva molécula de ADN se fragmenta en multitud de pequeños trozos, copiándose éstos y reuniéndose tanto los fragmentos originales como las copias de modo que las dos nuevas moléculas están formadas por fragmentos antiguos y nuevos.

El experimento más definitivo para dilucidar cuál de estas tres hipótesis era la correcta fue el de Meselson y Stahl en 1957. La hipótesis confirmada fue la semiconservativa.

REPLICACIÓN “IN VIVO” DEL ADN
La enzima que lleva a cabo la replicación del ADN es la ADN polimerasa, esta enzima tiene unos requerimientos específicos para trabajar, que le imponen restricciones:
1. Sólo añade nucleótidos en la dirección 5’ 3’.
2. Necesita para poder empezar a copiar y unir nucleótidos un molde de ADN.
3. Necesita un pequeño trocito de ARN al cual unir los nucleótidos, ya que ella no puede empezar a unir los nucleótidos sin tener una pequeña cadena ya formada.
4. Utiliza nucleótidos trifosfato. Dadas las necesidades de esta enzima y sabiendo que la molécula de ADN está formada por dos hebras antiparalelas, se plantea un problema en la cadena de ADN que va en la dirección 5’ 3’, porque aquí la enzima estaría trabajando en la dirección contraria, y sin embargo, se observa que las dos hebras se van replicando.
La solución al dilema la dio el desabrimiento, en 1968, por Okazaki de unos fragmentos constituidos por unos 50 nucleótidos de ARN y entre 1.000 y 2.000 nucleótidos de ADN, denominados fragmentos de Okazaki. Así se podía explicar como se copia esta cadena, siendo de forma discontinua en la dirección 5’ 3’ y la otra cadena de forma continua. También quedaba solucionado el problema de que la enzima necesitara una cadena de ARN a la cual unir los nucleótidos.

Veamos ahora como se lleva acabo el proceso:

• Existe una secuencia de nucleótidos en el ADN llamada origen de replicación que actúa como señal de iniciación.
• Las cadenas de ADN están unidas por puentes de hidrógeno, que debemos romper para facilitar la separación de las cadenas para ser copiadas, esta separación la lleva a cabo las enzimas helicasas.
• Como el desenrollamiento de la doble hélice da lugar a superenrollamientos en el resto de la molécula, capaces de detener el proceso, se hace preciso la presencia de las enzimas topoisomerasas que eliminen las tensiones en la fibra.
• A continuación, para evitar que las dos hebras vuelvan a reunirse y formar los puentes de hidrógeno se colocan unas proteínas llamadas SSB (Single-Strand DNA Binding proteins), que estabilizan las cadenas sencillas.
• El proceso es bidireccional, es decir, hay una helicasa trabajando en un sentido y otra trabajando en sentido opuesto. Se forman pues las llamadas burbujas u ojos de replicación.
• Como ninguna ADN-polimerasa puede actuar sin cebador, interviene primero una ARN polimerasa (primasa) que si lo puede hacer, sintetiza un corto fragmento de ARN de unos 10 nucleótidos denominado primer que actúa como cebador.
• Después interviene la ADN polimerasa III, que a partir de este cebador comienza a sintetizar en dirección 5’ 3’ una hebra de ADN partir de nucleótidos trifosfato. La energía necesaria para el proceso es aportada por los propios nucleótidos que pierden dos de sus fósforos. Esta nueva hebra se sintetiza en el sentido que se abre la horquilla de replicación, es de crecimiento continuo y se denomina hebra conductora.
• Sobre la otra hebra (hebra discontinua o retardada) la ARN polimerasa sintetiza unos 40 nucleótidos de ARN en un punto que dista unos 1.000 nucleótidos de la señal de iniciación. A partir de ellos la ADN polimerasa III sintetiza unos 1.000 nucleótidos de ADN, formándose un fragmento de Okazaki. Este proceso se va repitiendo a medida que se van separando las dos hebras patrón.
• A continuación interviene la ADN polimerasa I, que, primero, gracias a su función exonucleasa, retira los segmentos de ARN, y que luego, gracias a su función polimerasa, rellena los huecos con nucelótidos de ADN.
• Finalmente la ADN ligasa unirá los dos extremos, tanto en la cadena continua como los sucesivos fragmentos de Okazaki que se van formando en la cadena discontinua.