Mecanismos de Replicación y Transcripción del ADN en Células Procariotas y Eucariotas

Replicación del ADN: Enzimas y Mecanismos

Enzimas Clave de la Replicación

Las enzimas que participan en la replicación del ADN son esenciales para la duplicación precisa del material genético:

• ADN Polimerasas: Son las enzimas que catalizan la unión de nucleótidos mediante enlaces fosfodiéster. Lo hacen siempre por el extremo 3’ de una hebra, tomando la complementaria como molde. Requieren un cebador, es decir, un fragmento de ácido nucleico desde el que iniciar la copia. Los nucleótidos se usan trifosfatados, desprendiendo un pirofosfato (PPi), lo que aporta energía al proceso.
• Girasas o Topoisomerasas: Desenroscan la doble hélice y liberan la tensión torsional.
• Helicasas: Separan las hebras de ADN.
• Proteínas SSB (Single-Strand Binding): Estabilizan las hebras sencillas de ADN, manteniéndolas expuestas.
• Primasa: Sintetiza el cebador (fragmento de ARN).
• Ligasa: Une fragmentos contiguos de ADN.

Mecanismo de la Replicación en Procariotas

La replicación en procariotas es un proceso altamente coordinado que se divide en dos fases principales:

Fase de Iniciación

• Desenrollamiento de la doble hélice.
• La helicasa abre la doble cadena en el punto de iniciación (oriC) como una cremallera.
• Las girasas y topoisomerasas liberan la tensión rompiendo y soldando la hélice de ADN en los puntos de mayor tensión.
• Las proteínas SSB dejan expuestas las bases.
• Se forma una burbuja (u horquilla) de replicación que se irá extendiendo en los dos sentidos.

Fase de Elongación

• Comienzan a actuar las ADN polimerasas sintetizando una nueva hebra sobre cada hebra original.
• La síntesis en sentido 5’ a 3’ es continua (hebra conductora o líder).
• En sentido 3’ a 5’ la síntesis es discontinua (hebra retardada) porque se consigue creando pequeños fragmentos en sentido 5’ a 3’ que al final se unen.
• Estos segmentos de ADN llevan cada uno su cebador (ARN) y se denominan fragmentos de Okazaki.
• Por tanto, la replicación es bidireccional.
• El proceso termina cuando una polimerasa elimina los trozos de ARN y los sustituye por ADN complementario.

Mecanismo de la Replicación en Eucariotas

Esencialmente, el mecanismo es semejante al procariota, aunque la existencia de histonas y la mayor longitud de las cadenas de ADN lo complican. Sus características distintivas incluyen:

• Es más lento.
• Requiere la duplicación de histonas.
• Se dan varias horquillas de replicación simultáneamente.
• Existen complejos sistemas de reparación del ADN que identifican y sustituyen nucleótidos erróneos.

Transcripción: Síntesis de ARN

La Transcripción en Procariotas

La enzima responsable es la ARN polimerasa. Actúa de forma bastante parecida a la ADN polimerasa, salvo en que:

• Sintetiza ARN (une ribonucleótidos de A, U, G y C).
• Actúa solo en modo continuo (no hay hebra retardada).
• Se une al ADN en una región previa al gen, denominada promotor.
• Termina de unir nucleótidos cuando encuentra una secuencia de terminación.

La Transcripción en Eucariotas

Tiene lugar en el núcleo. Presenta las siguientes particularidades:

• Existen tres ARN polimerasas, siendo la ARN Polimerasa II la que transcribe los ARNm.
• Es frecuente la existencia de ARNm policistrónico (codifica varias proteínas).
• El ARNm recién transcrito debe pasar una fase de maduración en la que:
  1. Se eliminan los intrones (secuencias sin mensaje) mediante la formación de bucles.
  2. Se unen los exones (secuencias con mensaje).
  3. Se añade una caperuza proteica.