REPLICACIÓN DEL ADN.
LA REPLICACIÓN DEL ADN PRODUCE DOS DOBLES HÉLICES DE ADN, CADA UNA CON UNA CADENA ANTIGUA Y UNA NUEVA.
Una vez que toma la decisión de dividirse, la célula replica su ADN. Recuérdese que el ADN de la célula está contenido en una estructura llamada cromosomas.
Cada cromosoma contiene una sola doble hélice de ADN. La replicación produce dos dobles hélices de ADN idénticas, cada una de las cuales será transmitida, dentro de su cromosoma, a una de las nuevas células hijas. La replicación del ADN se inicia cuando las enzimas separan la doble hélice de ADN parental, de tal manera que las bases de las dos cadenas de ADN parentales ya no forman pares de bases entre sí. Otras enzimas avanzan a lo largo de cada cadena de ADN parental, seleccionando nucleótidos libres con bases que son complementarias respecto a la cadena de ADN parental. Las enzimas unen estos nucleótidos libres para formar dos nuevas cadenas de ADN, cada una complementaria respecto a una de las cadenas de ADN parentales.
Cuando la replicación ha concluido, una cadena de ADN parental y su recién sintetizada cadena hija complementaria de ADN se enrollan una alrededor de la otra para formar una doble hélice. Al mismo tiempo, la otra cadena parental y su cadena hija se enrolla para formar una segunda doble hélice, el proceso de replicación del ADN conserva una cadena parental y produce una recién sintetizada. Es por ello que el proceso recibe el nombre de replicación semiconservativa.Estas dos dobles hélice se mantienen unidas mientras la célula se prepara para dividirse. El cromosoma ahora el nombre de cromosoma duplicado.
LA ADN HELICASA SEPARA LAS CADENAS DE ADN PARENTALES.
Para la replicación del ADN es necesaria la acción de docenas de enzimas. Una enzima clave es la ADN helicasa, una “enzima que separa la hélice”. Junto con otras enzimas afines, la ADN helicasa utiliza energía de ATP para romper los enlaces por puente de hidrógeno entre las pares de bases complementarias que tienen unidas las dos cadenas de ADN parentales. Esta actividad separa y desenrolla la doble hélice de ADN parental y forma una “burbuja de replicación”. En el interior de la burbuja de replicación, las bases nucleotídicas de las cadenas parentales ya no están apareadas unas con otras. Cada burbuja de replicación contiene dos “horquillas” de replicación donde las dos cadenas de ADN no se han desenrollado aún.
LA ADN POLIMERASA SINTETIZA CADENAS NUEVAS DE ADN.
La ADN polimerasa (enzima que hace polímeros de ADN) desempeña un papel crítico en la síntesis de nuevas cadenas de ADN. En cada horquilla de replicación, la ADN polimerasa y otras enzimas sintetizan dos nuevas cadenas de ADN que son complementarias a las cadenas de ADN parentales. Durante este proceso, la ADN polimerasa reconoce una base nuceotídica no apareada de la cadena de ADN parental y la combina con un nucleótido libre que tiene la base complementaria correcta. Por ejemplo, la ADN polimerasa una base de adenina expuesta, de la cadena parental, con una base de timina de un nucleótido libre. A continuación, la ADN polimerasa cataliza la formación de nuevos enlaces covalentes que ligan el fosfato del nucleótido libre entrante con el azúcar del nucleótido previamente agregado en la cadena hija en crecimiento. De esta forma, la ADN polimerasa sintetiza el esqueleto de azúcar-fosfato de la cadena hija.
UNA CADENA DE ADN SE SINTETIZA EN SEGMENTOS CORTOS QUE SON UNIDOS POR LA ADN LIGASA.
Al igual que otras enzimas, la ADN polimerasa es sumamente específica: solo puede agregar nuevos nucleótidos al extremo con azúcar libre de la nueva cadena de ADN que está formando. Debido a que las dos cadenas de la doble hélice de ADN parental están orientadas en sentidos opuestos, las nuevas cadenas de ADN complementarias también deben de ser sintetizadas en sentidos opuestos. Por tanto, a medida que la ADN helicasa avanza a lo largo de la doble hélice de ADN parental separando sus cadenas, una ADN polimerasa avanza en la misma dirección, agregando nucleótidos para formar una larga cadena hija continua de ADN. La segunda ADN polimerasa debe de avanzar en sentido opuesto, agregando nucleótidos a una segunda cadena de ADN hija. Sin embargo, debido a que la doble hélice parental se desenrolla sólo un poco cada vez, esta ADN polimerasa no puede avanzar más que un trecho breve, antes de encontrar una región de ADN que no está desenrollado, donde se ve obligada a detenerse. Por consiguiente, la ADN polimerasa debe sintetizar la cadena hija en segmentos pequeños. Estos segmentos son unidos entre sí posteriormente por otra enzima, la ADN ligasa. El proceso de unión se repite hasta 10 millones de veces en el caso de un solo cromosoma humano hasta completar la síntesis de la cadena hija. La ADN ligasa también une las cadenas de ADN sintetizadas por horquillas de replicación adyacentes y desempeña un papel importante en la reparación del ADN que ha sido dañado por la luz solar.
LA CORRECCIÓN PERMITE LOGRAR UNA REPLICACIÓN DEL ADN PRACTICAMENTE LIBRE DE ERRORES
La especificidad de la formación de enlaces por puente de hidrógeno entre pares de bases complementarias proporciona gran exactitud a la replicación del ADN. No obstante, ninguno de los procesos que se llevan a cabo en las células es perfecto, ni siquiera la replicación del ADN. En parte, por ser tan rápida la replicación (700 nucleótidos por segundo), la ADN polimerasa enlaza las bases incorrectamente alrededor de una vez por cada 10 000 pares de bases. Sin embargo, las cadenas de ADN terminadas contienen sólo aproximadamente un error en cada mil millones de pares de bases. Esta exactitud fenomenal se consigue mediante la acción de enzimas reparadoras del ADN, entre ellas ciertas formas de ADN polimerasa. Estas enzimas corrigen cada una de las células hijas, durante y después de su síntesis y efectúan reparaciones necesarias.
PERO A VECES SE PRODUCEN ERRORES
Pese a esta asombrosa exactitud, ni nosotros ni cualquier otra forma de vida estamos a salvo de sufrir daños en el ADN. Además de los errores que se producen durante la replicación del ADN, el ADN de cada célula de nuestro cuerpo pierde alrededor de 10 000 bases cada día, debido a una descomposición química espontánea, simplemente porque la temperatura de nuestro organismo es de alrededor de 36.5 ºC. Diversas condiciones ambientales pueden dañar el ADN. Por ejemplo, siempre que nos exponemos al sol, el ADN de algunas de nuestras células cutáneas sufre daños producidos por la luz ultravioleta. No obstante que ciertas enzimas especiales reparadoras del ADN están continuamente listas para reparar estos daños, es inevitable que algunos errores no sean reparados. Una célula con daños en su ADN, puede funcionar de manera normal, puede sobrevivir, pero funcionar con la misma eficiencia de antes, o puede morir. El deterioro de la exactitud de la replicación del ADN, a menudo que las personas envejecen, puede contribuir al proceso de muerte celular o el envejecimiento.
Para la replicación del ADN es necesaria la acción de docenas de enzimas. Una enzima clave es la ADN helicasa, una “enzima que separa la hélice”. Junto con otras enzimas afines, la ADN helicasa utiliza energía de ATP para romper los enlaces por puente de hidrógeno entre las pares de bases complementarias que tienen unidas las dos cadenas de ADN parentales. Esta actividad separa y desenrolla la doble hélice de ADN parental y forma una “burbuja de replicación”. En el interior de la burbuja de replicación, las bases nucleotídicas de las cadenas parentales ya no están apareadas unas con otras. Cada burbuja de replicación contiene dos “horquillas” de replicación donde las dos cadenas de ADN no se han desenrollado aún.
LA ADN POLIMERASA SINTETIZA CADENAS NUEVAS DE ADN.
La ADN polimerasa (enzima que hace polímeros de ADN) desempeña un papel crítico en la síntesis de nuevas cadenas de ADN. En cada horquilla de replicación, la ADN polimerasa y otras enzimas sintetizan dos nuevas cadenas de ADN que son complementarias a las cadenas de ADN parentales. Durante este proceso, la ADN polimerasa reconoce una base nuceotídica no apareada de la cadena de ADN parental y la combina con un nucleótido libre que tiene la base complementaria correcta. Por ejemplo, la ADN polimerasa una base de adenina expuesta, de la cadena parental, con una base de timina de un nucleótido libre. A continuación, la ADN polimerasa cataliza la formación de nuevos enlaces covalentes que ligan el fosfato del nucleótido libre entrante con el azúcar del nucleótido previamente agregado en la cadena hija en crecimiento. De esta forma, la ADN polimerasa sintetiza el esqueleto de azúcar-fosfato de la cadena hija.
UNA CADENA DE ADN SE SINTETIZA EN SEGMENTOS CORTOS QUE SON UNIDOS POR LA ADN LIGASA.
Al igual que otras enzimas, la ADN polimerasa es sumamente específica: solo puede agregar nuevos nucleótidos al extremo con azúcar libre de la nueva cadena de ADN que está formando. Debido a que las dos cadenas de la doble hélice de ADN parental están orientadas en sentidos opuestos, las nuevas cadenas de ADN complementarias también deben de ser sintetizadas en sentidos opuestos. Por tanto, a medida que la ADN helicasa avanza a lo largo de la doble hélice de ADN parental separando sus cadenas, una ADN polimerasa avanza en la misma dirección, agregando nucleótidos para formar una larga cadena hija continua de ADN. La segunda ADN polimerasa debe de avanzar en sentido opuesto, agregando nucleótidos a una segunda cadena de ADN hija. Sin embargo, debido a que la doble hélice parental se desenrolla sólo un poco cada vez, esta ADN polimerasa no puede avanzar más que un trecho breve, antes de encontrar una región de ADN que no está desenrollado, donde se ve obligada a detenerse. Por consiguiente, la ADN polimerasa debe sintetizar la cadena hija en segmentos pequeños. Estos segmentos son unidos entre sí posteriormente por otra enzima, la ADN ligasa. El proceso de unión se repite hasta 10 millones de veces en el caso de un solo cromosoma humano hasta completar la síntesis de la cadena hija. La ADN ligasa también une las cadenas de ADN sintetizadas por horquillas de replicación adyacentes y desempeña un papel importante en la reparación del ADN que ha sido dañado por la luz solar.
LA CORRECCIÓN PERMITE LOGRAR UNA REPLICACIÓN DEL ADN PRACTICAMENTE LIBRE DE ERRORES
La especificidad de la formación de enlaces por puente de hidrógeno entre pares de bases complementarias proporciona gran exactitud a la replicación del ADN. No obstante, ninguno de los procesos que se llevan a cabo en las células es perfecto, ni siquiera la replicación del ADN. En parte, por ser tan rápida la replicación (700 nucleótidos por segundo), la ADN polimerasa enlaza las bases incorrectamente alrededor de una vez por cada 10 000 pares de bases. Sin embargo, las cadenas de ADN terminadas contienen sólo aproximadamente un error en cada mil millones de pares de bases. Esta exactitud fenomenal se consigue mediante la acción de enzimas reparadoras del ADN, entre ellas ciertas formas de ADN polimerasa. Estas enzimas corrigen cada una de las células hijas, durante y después de su síntesis y efectúan reparaciones necesarias.
PERO A VECES SE PRODUCEN ERRORES
Pese a esta asombrosa exactitud, ni nosotros ni cualquier otra forma de vida estamos a salvo de sufrir daños en el ADN. Además de los errores que se producen durante la replicación del ADN, el ADN de cada célula de nuestro cuerpo pierde alrededor de 10 000 bases cada día, debido a una descomposición química espontánea, simplemente porque la temperatura de nuestro organismo es de alrededor de 36.5 ºC. Diversas condiciones ambientales pueden dañar el ADN. Por ejemplo, siempre que nos exponemos al sol, el ADN de algunas de nuestras células cutáneas sufre daños producidos por la luz ultravioleta. No obstante que ciertas enzimas especiales reparadoras del ADN están continuamente listas para reparar estos daños, es inevitable que algunos errores no sean reparados. Una célula con daños en su ADN, puede funcionar de manera normal, puede sobrevivir, pero funcionar con la misma eficiencia de antes, o puede morir. El deterioro de la exactitud de la replicación del ADN, a menudo que las personas envejecen, puede contribuir al proceso de muerte celular o el envejecimiento.
LECTURA COMPLEMENTARIA.
ELABORÓ: Q.B.P. ULISES ARÉVALO BELLO.
DOCENTE DE BIOLOGÍA II
