Estructura del ADN y Enzimas Clave en la Replicación

Estructura del ADN

BDNA. En esta estructura, las dos hebras polinucleotídicas antiparalelas forman una doble hélice dextrógira de 20Å de diámetro. El exterior es polar y está formado por las unidades repetidas de 2'-desoxi-5'-fosforribosa. Las bases nitrogenadas quedan orientadas hacia el interior, estableciéndose enlaces por puente de hidrógeno entre las bases complementarias de ambas hebras. Estos pares de bases quedan parcialmente apilados, con interacciones hidrofóbicas entre ellos. Existen 10 pares de bases por vuelta. En el BDNA, todos los nucleótidos tienen orientación anti y la desoxirribosa adopta la configuración C(2')-endo. Cada par de bases gira 36º a lo largo del eje, estableciéndose dos surcos externos, llamados surco mayor (ángulos alfa) y surco menor (ángulos beta). Los dos surcos son profundos y constituyen la parte externa de la doble hélice. Las proteínas de unión al ADN deben interaccionar con ellos.

Enzimas en la Replicación del ADN

ADN Polimerasas

ADN Pol I

Formada por una cadena polipeptídica con tres dominios funcionales. El dominio central cataliza la adición de desoxirribonucleósidos trifosfato al hidroxilo 3' de una hebra de ADN, la hebra cebadora, que está apareada con otra hebra de ADN que actúa de molde. Además, posee dos dominios con importantes actividades enzimáticas. Un dominio con actividad exonucleasa 5'-3' funciona por delante de la actividad polimerasa y cumple un papel de limpieza, eliminando nucleótidos mal apareados. Otro dominio presenta actividad exonucleasa 3'-5' y tiene como misión incrementar la fidelidad de la síntesis.

ADN Pol III

Principal enzima responsable de la síntesis de ADN durante la replicación. Se une a cada complejo, utilizando los cebadores de ARN. Comienza la síntesis de la hebra líder de ADN en dirección 5'-3', una hebra líder en cada horquilla. También lidera a la hebra de ADN molde, sintetizándose los fragmentos de Okazaki y se generan sustratos para la Pol I.

ADN Ligasas

Son enzimas que catalizan la formación de enlaces fosfodiéster entre nucleótidos contiguos, al reaccionar un hidroxilo en posición 3' de una cadena de ADN y un fosfato en posición 5' de otra, con la condición de que estén apareados con la hebra complementaria. Pueden sellar melladuras en el ADN o producir la circularización de moléculas de ADN con extremos cohesivos.

Topoisomerasas

Existen dos tipos: Las Topo I, rompen un enlace fosfodiéster, produciendo una mella en la doble hélice que permite el paso espontáneo de la otra hebra, lo que elimina una vuelta de sobreenrollamiento. Y las Topo II, que producen la rotura de las dos hebras del ADN, permitiendo que el ADN del superenrollamiento pase a través de la incisión, eliminándose dos vueltas de sobreenrollamiento. Las melladuras son ligadas posteriormente. Estas enzimas alivian tanto superenrollamientos positivos como negativos.

Telomerasas

El ADN telomérico posee secuencias características de especie, formadas por múltiples repeticiones; por ejemplo, la secuencia repetida en la especie humana es TTAGGG. Existen unas enzimas llamadas telomerasas, que añaden esta secuencia al extremo 3' de cualquier oligonucleótido rico en guanina, sin depender del molde. Las telomerasas son ribonucleoproteínas en las que el ARN constituyente actúa de molde para la síntesis de la secuencia telomérica. Son activas solo en las líneas germinales y en células cancerosas.

Primasas

Es una ARN polimerasa que cataliza la formación de un enlace fosfoéster entre el -OH 3' de un ribonucleótido apareado a una hebra de ADN y el fosfato alfa 5' de otro ribonucleótido, liberando PPi. Además, es capaz de aportar el primer OH 3' para la primera reacción de polimerización. Participa en la replicación del ADN, ya que su función es sintetizar una corta cadena de ARN, apareada a la hebra de ADN, para que sirva de cebador a la ADN polimerasa. La importancia de su función radica en que es necesaria para que pueda comenzar la síntesis de las nuevas cadenas de ADN en la replicación.

Operón Lac

Cuando no existe aporte de glucosa, la célula debe recurrir a otras fuentes de carbono mediante un incremento de la concentración intracelular de AMPc, que facilita la formación de complejos transcripcionales activos. En presencia de glucosa, los niveles de AMPc son bajos y en su ausencia son altos. Existe una proteína dimérica llamada CAP que puede unir AMPc, lo que origina un cambio conformacional. La unión produce una conformación óptima para su interacción con el ADN. La unión AMPc-CAP al ADN se produce en secuencias concretas situadas en posición 5' de los promotores. Cuando la proteína CAP interacciona con el ADN en el operón lac, se facilita la unión de la ARN polimerasa al promotor, produciéndose la inducción de la transcripción. La ARN polimerasa reconocerá al promotor dependiendo del nivel de AMPc-CAP que, a su vez, está determinado por el aporte extracelular de glucosa.