Base Molecular de la Herencia y Replicación del ADN

BASE MOLECULAR DE LA HERENCIA

El ADN es la molécula portadora de la información genética que cumple los siguientes requisitos:

• Es químicamente estable para que la información no sufra alteraciones.
• Es capaz de replicarse y originar copias de sí misma asegurando la pervivencia de la información biológica.
• Es necesario que dicha información pueda transmitirse de una generación a otra.

El Experimento de Griffith permitió obtener dos conclusiones:

• La información genética está contenida en un componente celular.
• El material genético constituye un portador activo de la información genética aunque la célula que lo contiene no esté viva.

EL MATERIAL GENÉTICO EN PROCARIOTAS Y EUCARIOTAS

En células procariotas:

• El material genético se encuentra libre en el citoplasma y no está asociado a ninguna otra molécula.
• Casi todo el ADN sirve como información para la síntesis proteica.
• El gen codificador de cada proteína se compone de una secuencia continua de nucleótidos.

En células eucariotas:

• El ADN está circunscrito al núcleo asociado a histonas y a orgánulos membranosos.
• Solo un 10% se utiliza para codificar proteínas.
• Casi la mitad del ADN en eucariotas es altamente repetitivo.
• Las secuencias de nucleótidos que codifican para proteínas no suelen ser continuas.

REPLICACIÓN DEL ADN

El ADN, portador de la información, debe transmitirla fielmente a cada una de sus células hijas. Por ello es fundamental que el ADN pueda formar réplicas exactas de sí mismo para disponer de dos copias idénticas.
La replicación asegura que todas las moléculas mantengan la misma identidad.

Tres posibles formas de replicación:

• CONSERVATIVA: la doble cadena se mantiene y se sintetiza otra completamente nueva.
• SEMICONSERVATIVA: una hebra de cada doble hélice procede de la original, mientras que otra se sintetiza de novo.
• DISPERSIVA: en cada doble hélice existen fragmentos de la original y fragmentos nuevos.

Meselson y Stahl demostraron experimentalmente la hipótesis semiconservativa.

MECANISMO DE LA REPLICACIÓN - INICIO DE LA REPLICACIÓN

La replicación comienza en ciertas zonas donde existen determinadas secuencias de nucleótidos; empieza interviniendo la enzima helicasa, esta se encarga de separar las hebras de ADN al romper los enlaces de hidrógeno entre las bases nitrogenadas complementarias. La separación de las hebras genera tensión entre ellas, y la topoisomerasa se encarga de eliminarla cortando una de las hebras o ambas. Una vez separadas se mantienen así gracias a las proteínas SSB.

FORMACIÓN DE NUEVAS HEBRAS

Para sintetizar las nuevas hebras sobre las originales se necesita de la enzima ADN polimerasa III que presenta las siguientes características:

• Necesita de una hebra molde que recorre en sentido 3’->5’ y sobre la que sintetiza la hebra complementaria.
• Une nucleótidos en sentido 5’->3’.
• Utiliza nucleótidos trifosfato.
• No puede comenzar la síntesis por sí misma por ello necesita de una cadena corta de ARN (ARN cebador) que es sintetizado por la enzima primasa que sintetiza ARN complementario.

El cebador se divide tras la replicación, mientras el doble hélice original se va separando se forma la burbuja de replicación donde actúa la ADN polimerasa III, y en cada extremo existe una horquilla de replicación ya que el proceso es bidireccional. La ADN polimerasa III recorre en sentido 5’->3’ y añade nucleótidos a la hebra conductora. A veces la síntesis es discontinua y produce segmentos separados, esto se llama hebra retardada siendo su síntesis más lenta que la hebra conductora. Los fragmentos sintetizados de este modo se llaman fragmentos de Okazaki.
Posteriormente, tras la eliminación de los ARN cebadores gracias a la ADN polimerasa I, los fragmentos de Okazaki se unen gracias a la acción de las enzimas ligasas.

FINALIZACIÓN

Finaliza cuando cada hebra recién sintetizada, la cual ha servido de patrón, aparece enrollada originando una doble hélice. El proceso de replicación es muy rápido.

CORRECCIÓN DE ERRORES

La replicación no acaba hasta que se comprueba que la secuencia es correcta, es necesario corregir los errores. El ADN es la única molécula capaz de repararse a sí misma. La ADN polimerasa III solo une nucleótidos complementarios correspondientes a la hebra molde, aunque a veces puede cometer errores y las enzimas nucleasas se encargan de eliminar el nucleótido mal emparejado. Para poder corregir estos errores intervienen varias enzimas: endonucleasas, exonucleasas, ADN polimerasas y ADN ligasas.

TRANSCRIPCIÓN

Consiste en copiar una parte del mensaje genético desde su forma original (ADN) a otra que se pueda utilizar para sintetizar proteínas (ARN). La transcripción es un paso previo a la síntesis proteica. Tras el proceso de transcripción se forma una cadena de ARN cuya secuencia es la misma que una de las hebras de la doble hélice de ADN. La síntesis de ARN se da gracias a la ARN polimerasa ADN dependiente (caract.: une nucleótidos mediante enlaces fosfodiéster en sentido 5’->3’; utiliza nucleótidos trifosfato; necesita una molécula de ADN como molde para poder establecer la secuencia específica de bases del ARN que se sintetizará; se fija en regiones específicas del ADN para comenzar su acción a partir de ese punto).