El procés de replicació de l'ADN: fases i mecanismes

1. Iniciació

En aquesta fase, la doble hèlix s'obre i es desenrotlla:

• S'inicia en un lloc de l'ADN anomenat punt d'iniciació.
• La iniciació es dona simultàniament en diferents punts de la molècula d'ADN, anomenats replicons, perquè les cèl·lules eucariotes són molt llargues.

Durant la iniciació:

• Les helicases reconeixen el punt d'iniciació i s'hi uneixen. Aquestes trenquen els ponts d'hidrogen entre bases nitrogenades i obren la doble hèlix.
• Per evitar tensions en els extrems de la bombolla, les girases i les topoisomerases trenquen i solden novament la cadena d'ADN.
• D'altra banda, les proteïnes d'unió a l'ADN monocatenari (SSBP) s'uneixen a les cadenes motlle impedint que es tornin a enrotllar. Així és com s'ha format la bombolla o forqueta de replicació.

2. Elongació

La síntesi es fa sobre les dues cadenes motlle, per això és bidireccional. Hi intervenen les ADN polimerases, que fan una funció doble:

• Activitat polimerasa: unir nucleòtids formant la nova cadena d'ADN.
• Activitat exonucleasa: eliminar nucleòtids de bases mal aparellades, així com fragments d'ARN.

L'ADN polimerasa necessita un fragment de 10 ribonucleòtids (ARN encebador o primer) amb un extrem 3' on s'afegiran els desoxiribonucleòtids. El primer és sintetitzat per una ARN primasa.

La lectura de les cadenes motlle es fa en sentit 3'→5' i la síntesi de les cadenes complementàries de 5'→3'. Les dues cadenes motlle són antiparal·leles, així que la síntesi es fa en sentit diferent; per això es diu que és asimètrica:

• Cadena conductora o líder: comença a sintetitzar-se en primer lloc de manera continuada, a partir d'un sol ARN encebador.
• Cadena retardada o endarrerida: comença més tard, ja que necessita que la doble hèlix s'hagi obert prou. Es forma a partir de petits fragments d'ADN (fragments d'Okazaki), cadascun amb un ARN encebador. Un cop sintetitzats, una ADN polimerasa amb activitat exonucleasa elimina els fragments d'ARN perquè una ADN lligasa pugui unir els fragments d'ADN sintetitzats.

3. Terminació

Quan tota la molècula original ha estat copiada i s'han format les dues noves molècules d'ADN, aquestes se separen.

4. Fidelitat de la replicació

L'exactitud de la replicació és molt important per a la supervivència d'un organisme. És per això que s'ha de fer una correcció d'errors d'aparellament:

• L'ADN polimerasa amb activitat exonucleasa elimina els nucleòtids mal aparellats.
• És un mecanisme molt eficient, però a vegades se'n queda algun per corregir; això pot provocar mutacions neutres, beneficioses o perjudicials.

Mutacions

Són canvis o variacions de la cadena d'ADN i, per tant, afecten les proteïnes per les quals codifiqui. Cal recordar que mutació ≠ malaltia.

• Les mutacions afecten la descendència només si es donen en les cèl·lules germinals (òvuls i espermatozoides).
• Les mutacions en cèl·lules somàtiques poden provocar malalties en l'individu, com el càncer.