Formación de la horquilla de replicación
La preparación para la síntesis comienza liberando la tensión en la molécula de ADN enrollada. Para ello, la enzima ADN-topoisomerasa (actuando como una nucleasa reversible) escinde el enlace fosfodiéster 3',5' de una de las cadenas y se une temporalmente al extremo 5'. Esto elimina el superenrollamiento de la cromatina.
A continuación, entran en acción dos moléculas de ADN-helicasa. Consumiendo energía de ATP, desenrollan localmente la doble hélice. Para evitar que las cadenas molde separadas vuelvan a unirse (renaturalización) y formen «horquillas», se les unen las proteínas SSB. Estas mantienen las cadenas separadas pero sin cubrir las bases nitrogenadas, permitiendo que las polimerasas puedan «leerlas».
Síntesis de la cadena conductora y rezagada
Las cadenas hijas de ADN se construyen de forma antiparalela a las parentales (los moldes se leen de 3' a 5'). Debido a esto, el proceso de síntesis en ambas cadenas difiere fundamentalmente.
- Cadena conductora: se construye de forma continua siguiendo a la horquilla de replicación en movimiento. La síntesis aquí es llevada a cabo por la ADN-polimerasa $\delta$.
- Cadena rezagada: se ve obligada a sintetizarse en dirección opuesta al movimiento de la horquilla. La síntesis ocurre de manera discontinua, en fragmentos —los fragmentos de Okazaki—. Cada uno de estos fragmentos consta de un corto cebador de ARN (unos 10 nucleótidos) y un segmento de ADN (unos 150 nucleótidos).
Para iniciar la síntesis, las polimerasas necesitan un punto de partida. Esta función la cumple el cebador de ARN, que es sintetizado por la primasa (subunidad de la ADN-polimerasa $\alpha$). A continuación, la enzima cambia para alargar la cadena y luego transfiere el relevo a las polimerasas $\delta$ o $\epsilon$.
Unión de fragmentos y corrección de errores
En la cadena rezagada es necesario eliminar los cebadores de ARN y unir los fragmentos dispersos en una sola hebra. Los cebadores son eliminados por endonucleasas o ribonucleasas, y los huecos resultantes son rellenados por la ADN-polimerasa $\beta$. Finalmente, la ADN-ligasa, utilizando ATP, une los fragmentos y restaura el esqueleto fosfodiéster.
Un paso importante es el control de calidad. Las ADN-polimerasas $\delta$ y $\epsilon$ poseen actividad exonucleasa. Si detectan un nucleótido mal incorporado, lo escinden, garantizando una alta precisión en la duplicación del material genético.
Regulación y características en eucariotas
En los eucariotas, las moléculas de ADN son enormes, por lo que el proceso no comienza en un solo punto, sino en múltiples —los orígenes (puntos de iniciación)—. El segmento entre orígenes adyacentes se denomina replicón. En cada origen se forman dos horquillas que se mueven en direcciones opuestas hasta chocar con las del replicón vecino.
El inicio de la replicación está estrictamente controlado por proteínas llamadas ciclinas. Por ejemplo, la ciclina D es responsable de la transición de la célula a la fase S, mientras que las ciclinas E y A activan la síntesis de ADN propiamente dicha. Estas activan cinasas dependientes de ciclinas, las cuales fosforilan las proteínas necesarias para avanzar en el ciclo celular.
En resumen: respuestas a preguntas sobre el tema
¿Qué enzimas específicas eliminan los cebadores de ARN de la cadena rezagada?
La eliminación de los cebadores de ARN de la cadena rezagada, según las fuentes, es llevada a cabo por:
- ADN-polimerasa I: elimina los cebadores de ARN mediante su actividad exonucleasa y rellena las brechas con desoxirribonucleótidos.
- RNasa: escinde los cebadores de ARN.
- Endonucleasa, incluyendo la endonucleasa 5'-3'; también se indica la eliminación de cebadores mediante la actividad 5',3'-endonucleasa de la ADN-polimerasa.
¿Qué enzimas participan en el mantenimiento de los telómeros en los extremos de los cromosomas durante la replicación?
Para el mantenimiento de los telómeros en los extremos de los cromosomas durante la replicación, las fuentes señalan:
- Telomerasa: resuelve el problema de la subreplicación de los extremos 3' de los cromosomas lineales.
- TERT (telomerase reverse transcriptase): telomerasa transcriptasa inversa, la enzima que alarga los telómeros.
Recordar la dirección es fácil: las polimerasas actúan como constructores que hacen un trabajo de «excelencia», por lo que sintetizan de 5' a 3'.
Preguntas de clases y exámenes
¿Cuál es la diferencia entre la hebra conductora y la hebra rezagada?
La cadena conductora se sintetiza de forma continua en la dirección del movimiento de la horquilla de replicación. La cadena rezagada se forma de manera discontinua, en forma de cortos fragmentos de Okazaki, en dirección opuesta al movimiento de la horquilla.
¿Qué función desempeñan las proteínas SSB?
Se unen a las regiones monocatenarias de ADN desenrolladas, evitando que vuelvan a unirse (renaturalizarse) o formen horquillas antes de que comience la síntesis.
¿Para qué sirve la primasa?
Las ADN-polimerasas no pueden iniciar la síntesis desde cero. La primasa sintetiza un corto cebador de ARN, al cual luego se adhieren los desoxirribonucleótidos.
Qué más repasar sobre el tema
- Mecanismo detallado de acción de la ADN-topoisomerasa
- Especificidad de las ciclinas en las diferentes etapas del ciclo celular
- Mecanismos de corrección de errores (proofreading) por las polimerasas
- Papel de los iones de magnesio en el centro activo de las polimerasas
- Estructura del replicón y la interacción de proteínas en el complejo
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