Replicació de l'ADN: procés i mecanismes

Replicació de l'ADN

El model de Watson i Crick

El model de replicació del DNA va ser proposat per Watson i Crick i consisteix en un trencament dels ponts d'hidrogen intercatenaris i posterior desenrotllament de les dues cadenes de la doble hèlix. Cadascuna de les cadenes és usada com a motlle per sintetitzar una nova cadena, seguint la regla d'aparellament de bases A-T i C-G.

Cadascuna de les dues cadenes formades té la meitat de DNA de la cadena original, mentre que l'altra meitat és de nova creació; això fa que es digui que la duplicació del DNA és semiconservadora.

Duplicació de l'ADN

Arthur Kornberg va demostrar experimentalment que l'ADN se sintetitza mitjançant la polimerasa d'ADN usant el bacteri Escherichia coli.

Zones específiques de nucleòtids (origens de duplicació) són reconegudes per proteïnes iniciadores, que atreuen les proteïnes necessàries per formar el replisoma i dur a terme el procés de duplicació.

El replisoma consta d'una sèrie d'enzims que actuen en cadena, cadascun d'ells amb una funció concreta assignada:

• Helicases: avancen per la forquilla de replicació a partir de l'origen de replicació, desnaturalitzant l'ADN.
• Primosoma (conjunt de Primasa, que és una ARN Polimerasa, i altres proteïnes): sintetitza l'ARN iniciador, encebador o primer.
• ADN Pol-III: sintetitza l'ADN, funció polimerasa 5'→3'.
• Proteïnes SSB: estabilitzen les monocadenes desenrotllades i eviten que es formin plegaments en l'ADN.

El desenrotllament i obertura de la doble hèlix s'aconsegueix per l'enzim topoisomerasa.

Tot aquest procés es dóna simultàniament en varis punts de la fibra de cromatina, els replicons, formats per dues forquetes de duplicació, per escurçar el temps de duplicació (bombolla de replicació).

Elements necessaris per a la síntesi de DNA:

• DNA-polimerases
• Desoxiribonucleòtids (dATP, dTTP, dCTP i dGTP)
• DNA patró (serveix com a motlle)
• DNA o RNA encebador
• Energia (ATP)

Una cadena creix lliurement en sentit 5’→3’ (fibra contínua o conductora); l'altra (fibra retardada) creix, en canvi, a través de fragments curts de DNA que després s'uneixen per acció enzimàtica; se'ls anomena fragments d'Okazaki (1000 a 2000 nucleòtids a la cèl·lula procariota i 100 a 200 nucleòtids a la cèl·lula eucariota).

L'inici de la síntesi de DNA en les dues fibres es dóna gràcies a la formació, per l'acció de la primasa, d'un fragment curt de RNA complementari del DNA patró, que fa d'encebador. A ell hi suma els desoxiribonucleòtids adequats la DNA-polimerasa-III.

La DNA-pol III reconeix bases no aparellades de la cadena de DNA i les uneix amb nucleòtids complementaris; després catalitza la formació de l'enllaç 5’→3’ entre el Pi del C5’ del nucleòtid entrant i l'hidroxil del C3’ del darrer nucleòtid de la cadena en formació.

En cada replicació queda un encebador de ARN en l'extrem del filament retardat que no pot ser substituït per nucleòtids, ja que l'ADN pol necessita un encebador, i no hi ha lloc per sintetitzar-lo (“la cadena s'ha acabat”).

En cada replicació es perd ADN. L'extrem que queda lliure és eliminat.

En eucariotes aquest problema es presenta en els telòmers (seqüència de bases que es repeteix).

Està controlada per l'activitat d'un enzim anomenat telomerasa (present en cèl·lules que s'han de dividir molt), que afegeix els nucleòtids d'ADN que falten.

La telomerasa utilitza un ARN propi de motlle per sintetitzar nova cadena d'ADN, que ja pot utilitzar la DNApol.

Alteracions en la seqüència de nucleòtids

Errors en la còpia durant la replicació poden alterar la seqüència correcta de nucleòtids. Hi ha diversos mecanismes per corregir els errors:

• La DNA-poli-III té propietats autocorrectores: després d'incorporar un nucleòtid a la nova cadena i abans de col·locar el següent, “mira” cap enrere i si detecta un error elimina el nucleòtid mal col·locat i torna a introduir el correcte.
• Hi ha enzims que fan una correcció postduplicativa i detecten nucleòtids mal aparellats. Aquest procés també es dóna en DNAs que han sofert alteracions.