Qué es la replicación del ADN
El ADN, abreviatura de ácido desoxirribonucleico, es el material autorreplicante que está presente en casi todos los organismos vivos como constituyente principal de los cromosomas. Es el portador fundamental de la información genética, presente en prácticamente todas las células del cuerpo.
El ADN de doble hélice está formado por dos hebras asimétricas. Cada hebra está formada por nucleótidos alineados uno tras otro, y estos nucleótidos se unen a los correspondientes de la otra hebra para crear una estructura en forma de escalera. El ADN está formado por cuatro nucleótidos -los componentes básicos de los ácidos nucleicos- que están compuestos por una base nitrogenada, un azúcar de cinco carbonos (ribosa o desoxirribosa) y al menos un grupo fosfato.
La Adenina (A), la Timina (T), la Guanina (G) y la Citosina (C) se denominan nucleótidos. La A y la G se denominan purinas, mientras que la T y la C se llaman pirimidinas. Según las reglas de emparejamiento de bases, la A siempre se empareja con la T, y la C siempre se empareja con la G.
Antes de que una célula se duplique o divida, a través de la mitosis o la meiosis, el ADN debe replicarse para garantizar que cada nueva célula reciba el número correcto de cromosomas. Este proceso ocurre en todos los organismos vivos y es la base de la herencia biológica.
La replicación del ADN se produce en varios pasos en los que intervienen múltiples proteínas llamadas enzimas de replicación, así como el ARN. La replicación del ADN es vital para el crecimiento, la reparación y la reproducción de las células en los organismos.
Pasos de la replicación del ADN
Hay tres pasos principales en la replicación del ADN: iniciación, elongación y terminación.
Para encajar en el núcleo de la célula, el ADN está empaquetado en estructuras fuertemente enrolladas llamadas cromatina, que se aflojan antes de la replicación, permitiendo que la maquinaria de replicación de la célula acceda a las hebras de ADN.
Antes de que la replicación del ADN pueda comenzar, la estructura de doble hélice de las moléculas de ADN tiene que ser «descompuesta». La helicasa, una enzima, forma parte de este proceso, rompiendo los enlaces de hidrógeno que mantienen unidas las bases complementarias del ADN (A con T y C con G). La separación crea una forma de ‘Y’ llamada horquilla de replicación y las dos hebras simples de ADN actúan ahora como plantillas para hacer nuevas hebras de ADN.
A continuación, la proteína de unión al ADN de cadena simple (proteína SSB) se une al ADN ahora de cadena simple, impidiendo que las hebras que se separan se unan de nuevo.
Las dos hebras de la doble hélice de ADN se unen mediante barras cruzadas, retorcidas. Para que esto funcione, cada hebra de ADN va en sentido contrario.
Una de las hebras está orientada en la dirección 3′ a 5′ (hacia la horquilla de replicación), es la hebra líder. La otra hebra está orientada en la dirección 5′ a 3′ (alejándose de la horquilla de replicación), ésta es la hebra rezagada.
Debido a que la enzima que lleva a cabo la replicación, la ADN polimerasa, sólo funciona en la dirección 5′ a 3′, esto significa que las hebras hijas se sintetizan a través de métodos diferentes, una añadiendo nucleótidos uno a uno en la dirección de la horquilla de replicación, la otra capaz de añadir nucleótidos sólo en trozos. La primera hebra, que replica los nucleótidos de uno en uno, es la hebra líder; la otra hebra, que se replica en trozos, es la hebra rezagada.
Las anotaciones 5′ y 3′ significan «cinco primos» y «tres primos», que indican los números de carbono en el esqueleto de azúcar del ADN. Estos números indican la orientación química de extremo a extremo, con los números 5 y 3 representando el quinto y tercer átomo de carbono del anillo de azúcar respectivamente. El carbono 5′ tiene un grupo fosfato unido a él y el carbono 3′ un grupo hidroxilo (-OH). Es esta asimetría la que da a una cadena de ADN una «dirección», permitiendo una fácil unión entre los nucleótidos de las cadenas opuestas.
Es importante tener en cuenta que los dos lados se replican a través de dos procesos diferentes con el fin de acomodar la diferencia direccional.
| Cadena líder | Cadena rezagada |
| Un trozo corto de ARN llamado cebador, que es producido por una enzima llamada primasa, se une al extremo de la cadena líder en la dirección 5′ a 3′. El cebador actúa como punto de partida para la síntesis del ADN.
Las enzimas llamadas ADN polimerasas generan nuevas bases nucleotídicas complementarias (la A,C, G y T) y son responsables de crear la nueva hebra mediante un proceso llamado elongación. En las células eucariotas, las polimerasas alfa, delta y épsilon son las principales polimerasas implicadas en la replicación del ADN. Este tipo de replicación se denomina «continua». |
La hebra retrasada comienza el proceso de replicación uniéndose a múltiples cebadores de ARN, tgenerados por la enzima primasa, en varios puntos de la hebra retrasada.
Entre los cebadores se añaden trozos de ADN, denominados fragmentos de Okazaki, también en dirección 5′ a 3′. Este tipo de replicación se denomina «discontinua», ya que los fragmentos de Okazaki deberán unirse posteriormente. |
Después de la formación de las hebras continuas y discontinuas, una enzima llamada exonucleasa elimina todos los cebadores de ARN de las hebras originales. Los huecos donde estaban los cebadores se rellenan entonces con más nucleótidos complementarios.
Otra enzima «corrige» las hebras recién formadas para asegurarse de que no hay errores.
La enzima ADN ligasa une entonces los fragmentos de Okazaki, formando una sola hebra unificada.
Un tipo especial de enzima ADN polimerasa llamada telomerasa cataliza la síntesis de las secuencias de los telómeros en los extremos del ADN. Los telómeros son regiones de secuencias nucleotídicas repetitivas en cada extremo de una cromátida, que protegen el extremo del cromosoma del deterioro o de la fusión con cromosomas vecinos. Piense en las tapas de los cordones de los zapatos. Los telómeros son también un biomarcador del envejecimiento, ya que se acortan con cada división celular o, en otras palabras, a medida que se avanza en edad. A medida que los telómeros de una célula se acortan, ésta pierde su capacidad de funcionar normalmente. Básicamente, los telómeros más cortos le hacen más susceptible a una serie de enfermedades, como el cáncer o las enfermedades cardiovasculares.
Por último, la hebra madre y su hebra complementaria de ADN se enrollan en la conocida forma de doble hélice. El resultado son dos moléculas de ADN formadas por una cadena de nucleótidos nueva y otra vieja. Cada una de estas dos hélices hijas es una copia casi exacta de la hélice parental (no es 100% igual debido a las mutaciones).
El genoma humano -es decir, el conjunto completo de genes presentes en el núcleo de una célula- está compuesto por 3.000 millones de pares de bases. Sorprendentemente, nuestra maquinaria biológica tarda muy poco tiempo en copiar algo tan largo. Cada célula completa el proceso en sólo una hora.