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La replicación del ADN es un proceso clave durante el ciclo celular y es necesaria antes de la división celular. Es decir: antes de que la célula se divida en la mitosis y la meiosis, el ADN debe replicarse para que las células hijas contengan la misma cantidad de material genético.Pero, ¿por qué es necesaria la división celular, en primer…
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Jetzt kostenlos anmeldenLa replicación del ADN es un proceso clave durante el ciclo celular y es necesaria antes de la división celular. Es decir: antes de que la célula se divida en la mitosis y la meiosis, el ADN debe replicarse para que las células hijas contengan la misma cantidad de material genético.
Pero, ¿por qué es necesaria la división celular, en primer lugar? Porque la mitosis es esencial para el crecimiento, la reparación de tejidos dañados y la reproducción asexual; y la meiosis es necesaria para la síntesis de gametos en la reproducción sexual.
La replicación del ADN se produce durante la fase S del ciclo celular, ilustrada a continuación. Esto ocurre dentro del núcleo en las células eucariotas o en el citoplasma de las células procariotas.
El modelo de replicación del ADN que se produce en todas las células vivas se denomina semiconservativo, lo que significa que la nueva molécula de ADN tendrá una hebra original (también llamada hebra parental) y una nueva hebra de ADN. Este modelo de replicación del ADN es el más aceptado; pero, también se ha propuesto otro modelo denominado replicación conservativa. Al final de este artículo, discutiremos la evidencia de por qué la replicación semiconservativa es el modelo aceptado.
La replicación semiconservativa del ADN establece que cada hebra de la molécula de ADN original sirve como plantilla para la síntesis de una nueva hebra de ADN. Los pasos de la replicación que se describen a continuación deben ejecutarse con precisión y alta fidelidad, para evitar que las células hijas contengan ADN mutado (que se produce cuando se replica incorrectamente).
Recuerda: ¡la doble hélice del ADN es antiparalela!
La ADN polimerasa, enzima que cataliza la formación de enlaces fosfodiéster, solo puede formar nuevas cadenas de ADN en la dirección 5' a 3'.
Una de las hebras parentales tiene dirección 3' a 5' y, por tanto, la nueva cadena complementaria tiene una dirección 5' a 3'. Esta nueva hebra se denomina hebra conductora o líder y sufre una replicación continua. Puesto que está orientada en la dirección 5' a 3', la ADN polimerasa puede hacer su trabajo desde un único cebador, añadiendo nuevos nucleótidos a la cadena en su extremo 3' —es decir, desplazándose hacia la horquilla de replicación—.
La otra hebra parental tiene dirección 5' a 3'. Esto significa que la hebra nueva de ADN, denominada cadena retardada, debe ser sintetizada en la dirección 3 'a 5'. Pero, ¿Cómo funciona esto si la ADN polimerasa solo puede desplazarse en dirección contraria? La cadena retardada se sintetiza desde varios cebadores en pequeños fragmentos, llamados fragmentos de Okazaki, en la dirección correcta de 5' a 3 —es decir, hacia fuera de la horquilla—. En este caso, se produce una replicación discontinua, puesto que se da en tramos (fragmentos de Okazaki) de unos 1000 a 2000 nucleótidos desde distintos cebadores. Cuando la ADN polimerasa ha sintetizado los fragmentos de Okazaki, los cebadores se eliminan y los fragmentos se terminan de unir mediante enlaces fosfodiéster, gracias a la acción de la enzima ADN ligasa.
La replicación semiconservativa del ADN depende de la acción de las enzimas mencionadas anteriormente. A continuación, puedes encontrar una síntesis de las 5 principales enzimas implicadas y su función:
La ADN helicasa participa en los primeros pasos de la replicación del ADN. Rompe los enlaces de hidrógeno entre los pares de bases complementarias para exponer las bases de la cadena original de ADN. Esto permite que los nucleótidos de ADN libres se unan a su nuevo par complementario.
Este enzima es la que se encarga de sintetizar la nueva cadena de ARN, conocida como cebador o primer. El primer (o cebador) es esencial para empezar la síntesis de la nueva cadena de ADN; pero, una vez terminado el proceso, se elimina y se sustituye por ADN.
La ADN polimerasa cataliza la formación de nuevos enlaces fosfodiéster entre los nucleótidos en reacciones de condensación. Esto crea la nueva cadena de polinucleótidos de ADN.
La ADN ligasa se encarga de unir los fragmentos de Okazaki durante la replicación discontinua, catalizando la formación de enlaces fosfodiéster. Aunque tanto la ADN polimerasa como la ADN ligasa forman enlaces fosfodiéster, ambas enzimas son necesarias, ya que cada una tiene sitios activos diferentes para sus sustratos específicos. La ADN ligasa es también una enzima clave en la tecnología del ADN recombinante.
Estas enzimas son capaces de enrollar más la doble hélice de ADN o desenrollarla, para hacerla más accesible a las otras enzimas en el momento de la replicación.
Históricamente, se han propuesto dos modelos de replicación del ADN: la replicación conservativa y la semiconservativa.
Pero, ¿qué modelo es el correcto? En la década de 1950, dos científicos llamados Matthew Meselson y Franklin Stahl realizaron un experimento que llevó a que el modelo de replicación semiconservativa fuera ampliamente aceptado en la comunidad científica.
¿Cómo lo hicieron? Los nucleótidos del ADN contienen nitrógeno dentro de las bases orgánicas:
Meselson y Stahl sabían que había 2 isótopos de nitrógeno: 15N y 14N, siendo el 15N el isótopo más pesado.
El modelo de replicación semiconservativa del ADN predijo este resultado. Por el contrario, el modelo conservativo, predice que el ADN debería generar dos bandas iguales en la misma posición de los controles 15N y 14N.
Las pruebas del experimento de Meselson y Stahl demuestran que cada hebra de ADN actúa como plantilla para una nueva hebra y que, después de cada ronda de replicación, la molécula de ADN resultante contiene tanto una hebra original como una nueva. Como resultado, los científicos concluyeron que el ADN se replica de forma semiconservativa.
El material genético se duplica para que, en la mitosis (cuando la célula se divida en dos), cada célula hija tenga la misma cantidad de información genética.
La replicación del ADN ocurre en el núcleo de las células eucariotas y en el citoplasma de las procariotas.
Las pruebas del experimento de Meselson y Stahl demuestran que cada hebra de ADN actúa como plantilla para una nueva hebra. Después de cada ronda de replicación, la molécula de ADN resultante contiene tanto una hebra original como una nueva. Como resultado, los científicos concluyeron que el ADN se replica de forma semiconservativa.
Los fragmentos de Okazaki son los fragmentos de nuevo ADN que forman la cadena retardada durante la replicación del ADN. Los fragmentos de Okazaki se sintetizan por la ADN polimerasa, desde varios cebadores, en la dirección 5' a 3.
Las topoisomerasas son capaces de enrollar más la doble hélice de ADN o desenrollarla para hacerla más accesible a las otras enzimas en el momento de la replicación.
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