Replicación de ADN – maniquíes

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Por Jennifer Stearns, Michael Surette

Antes de que los genes puedan pasar de las células parentales a su progenie, se debe hacer una copia del genoma en un proceso llamado replicación. En el caso de los cromosomas circulares, como los de las bacterias y las archaea, la replicación comienza en el origen de la replicación y procede en dos direcciones opuestas a ese punto, simultáneamente.

Los pasos implicados en la replicación del ADN deben realizarse en un orden preciso:

  1. El ADN de doble cadena superenrollado es relajado por una enzima llamada topoisomerasa (o gyrase) y luego desenrollado por una enzima llamada helicasa, que abre las dos cadenas en un área a la vez.
  2. La enzima ADN polimerasa une estas bases catalizando la formación de un enlace entre el fosfato de un nucleótido y el azúcar (desoxirribosa) de un nucleótido adyacente. Esta enzima tiene una función de corrección de pruebas, corrigiendo cualquier nucleótido añadido erróneamente.
  3. Las enzimas se mueven más adelante, desenrollando la siguiente sección del ADN para que más nucleótidos puedan unirse a la cadena de crecimiento de la nueva cadena de ADN.

El sitio donde todo esto está sucediendo se llama la bifurcación de replicación. Debido a que cada hebra de una molécula de ADN de doble hebra se incorpora en una de las dos copias finales de las nuevas moléculas de ADN, el proceso se denomina replicación semiconservadora.

La DNA polimerasa sólo puede añadir bases en la dirección 5′ a 3′, por lo que la replicación procede de forma diferente en las dos hebras de DNA de la horquilla de replicación.

Una hebra se llama la hebra principal. Las bases se añaden sin problemas en la dirección 5′ a 3′ La otra hebra se llama la hebra retardada. Allí, piezas cortas de ADN (llamadas fragmentos de Okazaki) son hechas por la polimerasa de ADN con la ayuda de una imprimación corta de ARN y luego unidas entre sí por otra enzima llamada ligasa de ADN.

Los extremos del ADN 5′ y 3′ (pronunciados cinco primos y tres primos) son los dos extremos de una sola hebra de ADN. Debido a que el ADN de doble cadena está formado por dos de estas cadenas en direcciones opuestas, una de ellas va en la dirección 5′ a 3′ y la otra en la dirección 3′ a 5′. Se llaman así por los átomos de carbono en los azúcares pentosos de sus espinas dorsales.

Después de completar la replicación del ADN, la célula ha generado dos cromosomas circulares a partir de uno. Cada uno de estos se convierte en parte de una nueva célula durante la división celular.

El núcleo de los eucariontes hace las cosas más complicadas. La replicación de un cromosoma lineal ocurre de manera un poco diferente a la de un cromosoma circular porque la ADN polimerasa puede comenzar a replicarse desde cada extremo del ADN en lugar de desde un punto de origen en el medio.

Los pasos son los mismos que para las bacterias con unas pocas proteínas adicionales involucradas. Una proteína en particular, la telomerasa, se asegura de que los extremos del cromosoma no se acorten cada vez que se copia. La telomerasa extiende los extremos del cromosoma añadiendo secuencias repetidas; estas secuencias repetidas se llaman telómeros.

Después de la replicación pero antes de la división celular, los cromosomas se condensan mucho en una forma llamada heterocromatina, que puede verse con un microscopio. Luego, el núcleo se desarma para que las copias de los cromosomas puedan separarse en dos direcciones.

Otra característica importante de los cromosomas eucariotas son los centrómeros, áreas del cromosoma donde las fibras del huso se unen durante la división celular. Ni los telómeros ni los centrómeros contienen genes; son sólo partes estructurales del cromosoma. Después de que ha ocurrido la división celular, se forman dos núcleos alrededor de los cromosomas en cada célula hija.

Los organismos eucariotas pueden tener una o dos copias de sus cromosomas dentro de la célula. Cuando lleva dos copias, se dice que el organismo es diploide; cuando lleva una copia, se dice que el organismo es haploide. Cuando las células eucariotas replican su ADN antes de la división celular se llama mitosis.

Tanto los organismos haploides como los diploides sufren mitosis y división celular, durante la cual se aseguran de tener el mismo número de cromosomas en cada célula resultante con la que comenzaron.

Otro tipo de replicación, llamada meiosis, se utiliza para pasar de una etapa diploide a una etapa haploide. La meiosis implica primero la separación de las dos copias de los cromosomas de la célula diploide, formando dos células haploides durante la división celular.

A continuación, la replicación del ADN y la división celular se repiten en estas dos células haploides para obtener cuatro células haploides finales. En los organismos eucarióticos complejos, estas son las células utilizadas para la reproducción (óvulo y esperma), pero en los microorganismos eucarióticos estas son las esporas.

La siguiente figura ilustra tanto la meiosis como la mitosis.

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