Duplicación del ADN

La molécula de ADN es la que almacena la información genética, por lo tanto, antes de que una célula se duplique, lo tiene que hacer el ADN, para garantizar que cada célula reciba la misma información que la antecesora. El propósito de esta sección es analizar someramente el mecanismo mediante el cual el ADN puede servir como templete para obtener otra molécula igual, es decir, con la misma secuencia de bases.


El ADN se duplica de manera semiconservativa. Esto quiere decir que cada una de las cadenas que forman una molécula de DNA sirve como templeteLas bases no se colocan al azar; se agregan siguiendo las reglas de apareamiento de las bases o molde para fabricar una nueva. . Cuando en el templete se encuentra una adenina se une una timina y cuando hay una guanina se aparea con una citosina etc. De esta manera se pueden obtener dos cadenas de ADN idénticas a la que les dio origen, cada una formada por una cadena “nueva” y otra “vieja”. La dirección de copiado es de 5’ a 3’. Como las cadenas que forman al ADN son antiparalelas, cada una se copia en una dirección contraria. En la Figura 15.18 se aprecia un esquema general del proceso de duplicación del ADN.



La duplicación del ADN es un proceso enzimático muy complejo, en el que intervienen varias proteínas y enzimas. A continuación se explicarán someramente los principales pasos del proceso, como ocurre en la bacteria E. coli . En las figuras, el ADN se representa con dos líneas paralelas que representan la secuencia desoxiribosa - fosfato - desoxiribosa y líneas perpendiculares que equivalen a las bases.


El primer paso en la duplicación del ADN es la unión de varias proteínas a esta macromolécula, con el objeto de separar las dos cadenas de ADN para que puedan, posteriormente, unírsele las enzimas que efectuarán la duplicación. Una de esas proteínas se conoce con el nombre de helicasaproteínas que unen ADN, que al unirse al ADN separa las dos cadenas. En la zona de separación se unen otras pequeñas proteínas que reciben el nombre de , cuya función es impedir que las cadenas separadas por la helicasa se vuelvan a unir. En la parte superior del sitio de unión de la helicasa se une una proteína que recibe el nombre de girasa del ADN y que impide que esta molécula gire sobre sí misma durante el proceso de replicación. Figura 15.19.



Hay varias enzimas que son capaces de duplicar al ADN y reciben el nombre de polimerasas del ADN. Estas enzimas usan como sustratos los desoxiribonucleótidos trifosforilados dATP, dGTP, dTTP y dCTP, dando como producto la elongación de una molécula de ADN y PPi. Las polimerasas del ADN son capaces de elongar una molécula de ADN agregando nucleótidos en el extremo 3' de la misma. (Figura 15.20 y 15.21).


Figura 15.20.jpg

Figura 15.20 Reacción general catalizada por una polimerasa del ADN. El ADN se representa como (dNMP)n, que reacciona con un desoxiribonucleótido trifosforilado (dNTP) para producir un ADN más largo y PPi. (Figura elaborada por el autor).


Las polimerasas del ADN tienen otra característica sumamente importante: no agregan nucleótidos al azar, requieren una cadena de ADN prefabricada que usan como molde o templete, de tal manera que al actuar producen una cadena con una secuencia de bases complementaria al templete y para ello tienen que seguir las reglas de apareamiento de las bases. Además, las polimerasas no pueden construir una cadena de ADN a partir de la unión de dos nucleótidos y luego tres, etc. Requieren una banda de ADN ya fabricada sobre la que actúan elongándola.


Esto plantea un problema: ¿cómo se inicia un a cadena de ADN nueva, si las polimerasas de ADN no pueden iniciar la síntesis “ de novo ” de una cadena, requiriendo un fragmento de ADN al cual añadir más nucleótidos?


La respuesta vino con el descubrimiento de una enzima que se le puso el nombre de primasa, la cual es capaz de sintetizar RNA usando como templete una cadena de ADN, es decir une nucleótidos de una manera no al azar sino respetando las reglas de apareamiento de las bases. La reacción general catalizada por la primasa se aprecia en la Figura 15.22.



La síntesis de ADN se inicia a partir de una pequeña cadena de ARN sintetizada por la primasa, a esa cadena la polimerasa III del ADN le agrega nuevos nucleótidos usando como templete una cadena de ADN. La dirección de copiado es 5’ 3’. (Figura 15.23).



En la Figura 15.23 se puede apreciar otra característica de la duplicación del ADN: se observa cómo una cadena se sintetiza completa, a partir de un primordio de ARN, usando como templete a la banda de ADN localizada, en la figura, a la izquierda (cadena líder). La otra banda se produce a partir de pequeños fragmentos de ARN, que fueron sintetizados a lo largo de la cadena de la derecha (cadena tardía ). Los fragmentos de ADN de la cadena de la derecha no se encuentran unidos en esta etapa de la duplicación. Esas pequeñas secuencias se les conoce con el nombre defragmentos de Okasaky.


El siguiente paso del proceso de la duplicación del ADN es la remoción de los fragmentos de ARN que fueron sintetizados por la primasa y usados por la polimerasa    III del ADN para unir desoxiribonucleótidos. Esto se lleva a cabo por la acción de la enzima polimerasa I del ADN, quien hidroliza los nucleótidos que forman el ARN y además une desoxiribonucleótidos a las cadenas de ADN naciente para llenar los espacios ocupados antes por el ARN. El proceso se aprecia en la Figura 15.24.



Los fragmentos de ADN que han sido sintetizados por la polimerasa III del ADN y elongados por la polimerasa I del ADN no están unidos, se requiere de una enzima adicional para formar la unión de un fosfato, unido a la posición 5 de una desoxirribosa y el oxidrilo 3 de la pentosa adyacente. La enzima es la ligasa del ADN que une todos los fragmentos de ADN, para completar la cadena naciente de ADN. (Figura 15.25).