Replicación del ADN: Mecanismos en Procariontes y Eucariontes, División Celular

Replicación del ADN en Procariontes

Mecanismo de Elongación

El mecanismo de elongación es el mismo para las dos hebras de ADN. La ADN polimerasa III recorre las hebras molde en sentido 3'→5', y va uniendo los nuevos nucleótidos en el extremo 3' hasta que se forman las hebras replicadas. La nueva hebra crece en la dirección 5'→3'. Sin embargo, como las dos cadenas del ADN son antiparalelas, el desarrollo de la elongación presenta ligeras variaciones.

Elongación de las Hebras Conductora y Retardada

1. Cuando se forma la burbuja de replicación, la ADN polimerasa solo puede unir nucleótidos en uno de los sentidos.
2. La síntesis de una de las nuevas hebras se realiza sin interrupciones en sentido 5'→3' y se requiere un solo cebador. Es la hebra líder o conductora.
3. Sea cual sea la hebra, la ADN polimerasa no puede iniciar de cero la síntesis de una nueva cadena de ADN, necesita un cebador que es sintetizado por la primasa y está formado por una secuencia de nucleótidos.
4. El mecanismo de síntesis de la otra hebra, llamada hebra retardada porque su síntesis se retrasa ligeramente en relación con la de la conductora, fue descubierto en 1973. Es una síntesis de pequeños fragmentos de ADN de unos 1000 o 2000 nucleótidos, conocidos como fragmentos de Okazaki.
5. Cada uno de los fragmentos requiere un cebador de ARN. La ADN ligasa suelda todos los fragmentos.
6. La síntesis de ambas hebras, la retardada y la conductora, se produce de manera simultánea hasta que termina totalmente con la duplicación.

Corrección de Errores

Durante la replicación es frecuente que se produzcan errores, y que se incorporen nucleótidos que no tengan apareadas sus bases. La ADN polimerasa actúa como exonucleasa, que primero elimina los nucleótidos mal apareados, luego rellena el hueco y liga los fragmentos resultantes.

Replicación del ADN en Eucariontes

La replicación del ADN en los organismos eucariontes es muy parecida a la de los procariontes, salvo diferencias derivadas, en parte, de la mayor complejidad del material genético de los eucariotas. Las principales diferencias son:

1. Los cromosomas de los eucariontes contienen moléculas de ADN muy largas y, para abreviarlo, se realizan las replicaciones en los replicones.
2. Existen cinco tipos de ADN polimerasa en lugar de los tres de los procariontes: α, β, γ, ε, y δ.
3. En los cromosomas de los organismos eucariontes, el ADN se encuentra asociado a las histonas, que son proteínas básicas, y que con el ADN forman nucleosomas.

El proceso de replicación del ADN se va completando normalmente hasta llegar al telómero. Cuando se elimina el último ARN cebador, la ADN polimerasa no podrá rellenar el hueco al ser incapaz de sintetizar en dirección 3'→5'. Para poder completar esta cadena, la polimerasa necesitaría un extremo hidroxilo 3' libre donde iniciar un nuevo fragmento. Este hecho hace que el telómero se vaya acortando un poco cada vez que la célula se divide, lo que se asocia al envejecimiento y muerte celular. Las telomerasas poseen un ARN que sirve de cebador para sintetizar el fragmento que falta en el telómero.

División Celular: Mitosis y Citocinesis

La división celular, tanto en las células animales como vegetales, consta de dos procesos. El objeto de la división celular es producir dos células hijas con idéntico material genético.

Mitosis

También llamada cariocinesis, tiene por objeto repartir de manera equitativa el material hereditario, que se ha duplicado en la fase S, entre las dos células hijas que se van a producir. Se divide en varias etapas:

Profase

• Se produce una condensación de la cromatina y los cromosomas se hacen visibles, formados por dos cromátidas unidas en el centrómero.
• Los centriolos comienzan a separarse hasta que se sitúan en polos opuestos de la célula. A medida que se separan, entre ellos se forman los microtúbulos polares.
• La membrana nuclear y el nucléolo desaparecen y los cromosomas se dispersan en el citoplasma.
• En los centrómeros de cada cromosoma se forman los cinetocoros.

Metafase

• Los cromosomas alcanzan el grado máximo de condensación.
• El huso acromático está formado y se extiende entre los dos polos de la célula.
• Los microtúbulos empujan a los cromosomas y forman la placa ecuatorial o metafísica.
• Los centrómeros se colocan perpendiculares al eje formado por los dos centriolos.

Anafase

Las dos cromátidas de cada cromosoma inician de forma simultánea un movimiento de separación hacia polos opuestos arrastradas por los microtúbulos cinetocóricos y concluye cuando los cromosomas llegan a los polos.

Telofase

Los nucléolos reaparecen y los cromosomas comienzan a descondensarse, con lo que dejan de ser visibles. La membrana nuclear reaparece alrededor de cada grupo de cromosomas, delimitándose así dos zonas nucleares.

Citocinesis

La división celular no termina con la mitosis. Aún es necesario que el citoplasma se divida en dos células hijas. Este proceso se denomina citocinesis y ocurre de forma distinta en células animales y vegetales.

En células animales: se produce un estrangulamiento que divide en dos a la célula madre. Aparece un anillo contráctil formado por filamentos de actina y miosina.