Replicació de l'ADN: Model Semiconservatiu i Procés en Procariotes

L'Experiment de Meselson i Stahl (1957)

Meselson i Stahl, l'any 1957, van demostrar experimentalment que el model correcte de replicació de l'ADN era el semiconservatiu.

L'Experiment Control

En primer lloc, van realitzar un experiment control:

• Van cultivar bacteris en un medi amb isòtop pesant (¹⁵N) i altres en un medi amb isòtop lleuger (¹⁴N).
• Posteriorment, van separar l'ADN per densitat mitjançant centrifugació.
• El resultat va ser que l'ADN amb ¹⁴N va quedar per damunt de l'ADN amb ¹⁵N, ja que aquest últim és més pesant.

Desenvolupament de l'Experiment

A partir del control, van desenvolupar el seu experiment seguint aquests passos:

1. Van cultivar bacteris durant diverses generacions en un medi amb ¹⁵N perquè l'ADN incorporés l'isòtop pesant.
2. Van transferir els bacteris a un medi amb ¹⁴N i van deixar que es produïssin diverses generacions.
3. Van prendre mostres dels bacteris després de cada generació, van extreure'n l'ADN i el van centrifugar per comprovar com s'incorporava el ¹⁴N.

Resultats i Conclusions

• En la primera generació: Van obtenir una sola banda en posició intermèdia. Aquest fet va indicar que totes les molècules d'ADN tenien la mateixa densitat i contenien ¹⁴N i ¹⁵N en la mateixa proporció. Aquest resultat descartava el model conservatiu.
• En la segona i tercera generació: Es va mantenir la banda intermèdia i va aparèixer una banda corresponent a ADN amb només ¹⁴N. Aquesta conclusió descartava la hipòtesi dispersiva.

L'únic model compatible amb els resultats era el model semiconservatiu.

El Procés de Replicació de l'ADN en Procariotes

Inici de la Replicació

En primer lloc, l'ADN es desenrotlla i l'enzim helicasa trenca els ponts d'hidrogen entre les cadenes. Les proteïnes SSB (Single-Strand Binding) s'uneixen a les cadenes i eviten que aquestes es tornin a enrotllar. Això crea una bombolla de replicació. Les bombolles de replicació es formen en múltiples llocs al llarg de la cadena d'ADN.

Síntesi de la Cadena Conductora

Una vegada que les cadenes han estat desenrotllades i separades, l'ADN polimerasa pot començar a construir una nova cadena. L'ADN polimerasa constitueix la nova cadena en direcció 5' a 3'.

1. L'ARN primasa col·loca els primers nucleòtids de la nova cadena.
2. El segment resultant d'ARN encebador proporciona un extrem 3' lliure al qual enllaçar-se.
3. L'ADN polimerasa pot anar col·locant els nucleòtids complementaris a mesura que es va desplaçant al llarg de la cadena motlle.

L'ADN polimerasa llegeix la cadena motlle en direcció 3' a 5', mentre sintetitza la nova cadena en direcció oposada (5'→3'). L'helicasa continua desenrotllant i obrint les cadenes, permetent a l'hebra conductora créixer de manera contínua en la direcció de la forqueta de replicació. Més tard, un tipus diferent d'ADN polimerasa reemplaça l'encebador d'ARN per un d'ADN.

Síntesi de la Cadena Retardada

La cadena retardada es sintetitza en direcció oposada a la de l'avanç de la forqueta. Per això, es sintetitza de manera discontínua:

1. En primer lloc, l'ARN primasa afegeix un fragment d'ARN encebador.
2. Aleshores, l'ADN polimerasa comença a sintetitzar la nova cadena d'ADN.
3. Així, la cadena retardada es sintetitza en trams discontinus anomenats fragments d'Okazaki.
4. Al igual que l'hebra conductora, una ADN polimerasa diferent canvia l'encebador d'ARN per ADN.
5. Aleshores, una lligasa sella la unió dels fragments d'ADN.

La replicació continua d'aquest mode al llarg de la cadena retardada, sintetitzant fragments a mesura que l'hèlix es va desenrotllant.