Replicación del ADN: Modelo Semi-conservativo y Experimento de Meselson-Stahl

Modelos de Replicación del ADN

Existen diferentes modelos propuestos para explicar cómo el ADN se replica:

• Replicación Conservativa: Durante este proceso, se produciría un ADN completamente nuevo, mientras que las hebras originales permanecerían juntas.
• Replicación Semi-conservativa: Se originan dos moléculas de ADN. Cada una de ellas está compuesta por una hebra del ADN original y una hebra complementaria nueva. En otras palabras, el ADN resultante se forma de una hebra "vieja" y otra "nueva". Es decir, las hebras existentes sirven de molde complementario para las nuevas.
• Replicación Dispersiva: Implicaría la ruptura de las hebras de origen durante la replicación que, de alguna manera, se reordenarían en una molécula con una mezcla de fragmentos nuevos y viejos en cada hebra de ADN.

El Experimento de Meselson y Stahl

Para determinar cuál de estos modelos era correcto, Meselson y Stahl realizaron un experimento clave utilizando isótopos de nitrógeno.

Procedimiento Experimental:

Cultivaron bacterias E. coli en un medio que contenía un isótopo pesado de nitrógeno (¹⁵N) durante varias generaciones, de modo que el ADN de las bacterias se marcó con este isótopo pesado.

Las células se transfirieron luego a un nuevo medio que contenía el isótopo normal más ligero (¹⁴N). Posteriormente a la transferencia y en diversas ocasiones, se extrajeron muestras de las bacterias.

Luego se extrajo el ADN y se disolvió en una solución de cloruro de cesio.

A continuación, se centrifugaron rápidamente las muestras en una ultracentrifugadora.

Cuando el cloruro de cesio se centrifuga a gran velocidad, se establece un gradiente de densidad en el tubo.

Las moléculas de ADN se desplazaron por el gradiente hasta que llegan a un punto en que su densidad equivale a la del cesio.

El ADN que contenía el ¹⁴N se trasladó a una posición en el gradiente determinada por su densidad.

El ADN que contiene el ¹⁵N es más denso que el que contiene ¹⁴N, de modo que se hundió a una posición inferior en el gradiente de cesio.

Resultados y Conclusión:

Tras una generación en el medio ¹⁴N, las bacterias produjeron una sola banda de ADN con una densidad intermedia entre la del ADN-¹⁴N y ADN-¹⁵N, lo cual indicó que solo una cadena de cada dúplex contenía ¹⁵N.

Tras dos generaciones en el medio ¹⁴N, se obtuvieron dos bandas: una de densidad intermedia (en la que una de las cadenas contenía ¹⁵N) y una de baja densidad (en la que ninguna cadena contenía ¹⁵N).

Meselson y Stahl concluyeron que la replicación del dúplex de ADN comporta la creación de nuevas moléculas, separando las cadenas parentales para luego agregar nuevos nucleótidos para formar la cadena complementaria en cada una de estas plantillas.

(replica ADN)

Pasos Clave de la Replicación del ADN

El proceso de replicación del ADN implica varias etapas:

1. Iniciación (Primer Paso):

   En este paso, enzimas como la helicasa rompen los enlaces de hidrógeno para separar las dos hebras de ADN, creando una "horquilla de replicación".

2. Elongación (Segundo Paso):

   La ADN polimerasa agrega nucleótidos para sintetizar la nueva hebra complementaria. En una hebra molde (la 3' a 5'), la síntesis de la nueva hebra (la hebra conductora o líder) es continua. En la otra hebra molde (la 5' a 3'), la síntesis de la nueva hebra (la hebra rezagada) es discontinua, formando fragmentos de Okazaki. Se utiliza un cebador de ARN para iniciar la síntesis.

3. Terminación y Corrección (Tercer Paso):

   Las ADN polimerasas, junto con otras enzimas como la exonucleasa y la ligasa, verifican que los nucleótidos estén correctamente apareados. Se eliminan los cebadores de ARN y se reemplazan por ADN. La ADN ligasa une los fragmentos de Okazaki en la hebra rezagada. Se realizan mecanismos de corrección de pruebas nucleótido por nucleótido para minimizar errores.