Fundamentos de la Biología Molecular: ADN, ARN, Replicación y Polimerasas

ADN Polimerasas: Funciones y Tipos

ADN Polimerasas en Procariotas

• Polimerasa I: Función exonucleasa, retira los fragmentos cortos de ARN y los reemplaza por ADN.
• Polimerasa II: Rellena brechas y facilita la síntesis de ADN dirigida por plantillas dañadas.
• Polimerasa III: Polimerización principal. Coloca los nucleótidos de ADN, con funciones de reconocimiento y corrección de errores de ensamblaje.

ADN Polimerasas en Eucariotas

• Polimerasa α (Alfa): Inicia la síntesis de la hebra retrasada.
• Polimerasa ε (Épsilon): Síntesis de la hebra continua.
• Polimerasa δ (Delta): Principal: Síntesis de la hebra continua y retardada.
• Polimerasa β (Beta): Reparación de ADN.
• Polimerasa γ (Gamma): Replicación del ADN Mitocondrial.

Características Comunes de Todas las ADN Polimerasas

Todas las ADN polimerasas sintetizan ADN solo en dirección 5' - 3'. No son capaces de iniciar la síntesis de ADN de novo, sino que requieren de un cebador o primer preformado.

Virus de ARN y Genomas Virales

Los virus de ARN poseen una transcriptasa inversa, la cual sintetiza una hebra de ADN a partir del ARN. Posteriormente, a partir de este ADN, se fabrican más copias de ARN.

Tipos de Genomas Virales

• ADN: de doble cadena (dsDNA) y de cadena sencilla (ssDNA).
• ARN: de polaridad positiva (+) o negativa (-), de doble cadena (dsRNA) y de cadena sencilla (ssRNA).

Duplicación del ADN en Células Procariotas

Enzimas Clave en la Replicación Procariota

• Topoisomerasas: Desenrollan y enrollan el ADN.
• Helicasa: Rompe los puentes de hidrógeno, separando la doble cadena.
• Polimerasa III: Coloca los nucleótidos de ADN, con funciones de reconocimiento y corrección de errores de ensamblaje.
• Primasa: Coloca fragmentos cortos de ARN (cebadores) en los fragmentos de Okazaki de la hebra rezagada.
• Ligasa: Se encarga de unir los fragmentos de Okazaki.
• Polimerasa I: Posee función exonucleasa, retira los fragmentos cortos de ARN y los reemplaza por ADN.
• Polimerasa II: Rellena brechas y facilita la síntesis de ADN dirigida por plantillas dañadas.

Replicación del ADN Mitocondrial

La replicación del ADN mitocondrial es similar a la del ADN procariota.

Fases de la Replicación del ADN

Fases de la Replicación en Procariotas

1. Iniciación

   En el origen de replicación, la topoisomerasa desenrolla la hebra, la helicasa rompe los puentes de hidrógeno y las proteínas SSBP (Single-Strand Binding Proteins) estabilizan las dos cadenas de ADN monocatenario obtenidas.

2. Elongación

   La ARN primasa sintetiza un primer o cebador de ARN (generalmente de 10-15 nucleótidos) que se une de manera complementaria a la cadena molde. A partir de este cebador, la ADN polimerasa III comienza la replicación en sentido 5'-3', hasta llegar a la zona de terminación.

3. Terminación

   Cuando el replisoma (el conjunto de enzimas antes descritas) se encuentra con las secuencias de terminación (generalmente cerca del origen de replicación, corriente arriba), las enzimas se liberan, resultando en dos moléculas de ADN exactamente iguales.

Fases de la Replicación en Eucariotas

La replicación en eucariotas es, a grandes rasgos, similar a la de procariotas, pero presenta algunas peculiaridades:

• Orígenes de replicación múltiples: Existen varios puntos de inicio en cada cromosoma.
• Diversidad de ADN Polimerasas: Existen al menos 5 tipos de ADN polimerasas con tareas de elongación, eliminación de cebadores y corrección de errores.
• Asociación con Histonas: El ADN eucariótico está unido a histonas, por lo que durante la replicación también se estructuran los nucleosomas.

Diferencias Clave entre Procariotas y Eucariotas (Transcripción y Traducción)

Procariotas

• Iniciación: La ARN polimerasa se autoacopla al promotor.
• Estabilización del ARNm: Transcripción y traducción están acopladas.
• Lugar de Acción: El ARNm es utilizado inmediatamente después de su creación.

Eucariotas

• Iniciación: La ARN polimerasa requiere la presencia de proteínas de iniciación que se unan al ADN antes que ella.
• Estabilización del ARNm: Al comienzo de la cadena, se añade una 7-metilguanosina o 'CAP', y al final de la cadena, una secuencia poli-A.
• Lugar de Acción: El ARNm es transportado al citoplasma para la traducción.

Tipos de ARN y sus Funciones

ARN Mensajero (ARNm)

Consiste en una molécula lineal de nucleótidos (monocatenaria), cuya secuencia de bases es complementaria a una porción de la secuencia de bases del ADN.

ARN Ribosomal (ARNr)

Este tipo de ARN, una vez transcrito, pasa al nucléolo donde se une a proteínas. De esta manera, se forman las subunidades de los ribosomas. Aproximadamente dos terceras partes de los ribosomas corresponden a su ARNr.

ARN de Transferencia (ARNt)

El ARNt se encarga de transportar los aminoácidos libres del citoplasma al lugar de síntesis proteica.

Diferencias Fundamentales entre ADN y ARN

• Peso Molecular: El peso molecular del ADN es generalmente mayor que el del ARN.
• Azúcar: El azúcar del ARN es ribosa, mientras que el del ADN es desoxirribosa.
• Bases Nitrogenadas: El ARN contiene la base nitrogenada uracilo, mientras que el ADN presenta timina.
• Configuración Espacial: La configuración espacial del ADN es la de un doble helicoide (doble cadena), mientras que el ARN es un polinucleótido lineal monocatenario (cadena sencilla).