Replicación del ADN: proceso, fases y enzimas clave

La replicación del ADN se produce durante la fase S de la interfase del ciclo celular. Es semiconservativa, lo que significa que la doble hélice del ADN se abre y las dos cadenas de nucleótidos se separan. A partir de cada una de las dos cadenas, se forma una nueva cadena complementaria a la que ha servido como patrón. Es bidireccional y semidiscontinua.

Fase de Iniciación

La fase de iniciación implica el desenrollamiento y la apertura de la doble hélice. Tiene un origen único en un lugar del cromosoma llamado oriC, donde predominan las bases adenina (A) y timina (T). Múltiples copias de proteínas específicas llamadas ADN A se unen al punto oriC, enrollando el ADN a su alrededor para formar un gran complejo ADN-proteína. Estas proteínas reconocen el origen de replicación y facilitan la entrada del resto de las proteínas.

Este complejo se une a una helicasa, una enzima que abre la doble hélice como una cremallera. El desenrollamiento crea tensiones y provoca un mayor enrollamiento en otras partes de la molécula. Las girasas y topoisomerasas alivian estas tensiones. Las proteínas SSB se unen a las hebras molde, impidiendo que se vuelvan a enrollar.

Alrededor de oriC se forma una burbuja de replicación, que contiene dos zonas con forma de Y llamadas horquillas de replicación. La replicación se extiende en dos sentidos, por lo tanto, es bidireccional.

Fase de Elongación

En la fase de elongación, se sintetiza una nueva hebra de ADN sobre cada hebra de la doble hélice original. Intervienen las ADN polimerasas (I, II, III), que tienen una doble función:

• Actividad polimerasa: Unen entre sí los nucleótidos que formarán el ADN.
• Actividad exonucleasa: Eliminan nucleótidos cuyas bases nitrogenadas están mal apareadas.

La ADN polimerasa recorre las hebras molde en sentido 3'→5', y la nueva hebra que se va formando crece en la dirección 5'→3'.

Mecanismo de Elongación en las Horquillas de Replicación

Para el inicio de la síntesis de una nueva cadena de ADN, se necesita un fragmento de ARN de unos 10 nucleótidos, llamado cebador, con un extremo hidroxilo 3' libre. Este cebador es sintetizado por una ARN polimerasa llamada primasa y está formado por una secuencia de nucleótidos complementaria a la cadena molde.

La síntesis de las nuevas hebras es bidireccional y se realiza sin interrupciones en sentido 5'→3'. En la llamada hebra conductora, la síntesis se hace de forma continua y se requiere un único cebador de ARN. En la hebra retardada, la síntesis se hace de manera discontinua y se requieren muchos cebadores de ARN.

La síntesis de ambas hebras se produce de manera simultánea hasta que se termina totalmente la duplicación. El mecanismo de síntesis de la hebra retardada, llamada así porque su síntesis se retrasa ligeramente, consiste en una síntesis discontinua de pequeños fragmentos de ADN de unos 1000 a 2000 nucleótidos, conocidos como fragmentos de Okazaki. Cada uno de estos fragmentos requiere un cebador de ARN sintetizado por la primasa.

La ADN polimerasa I elimina el cebador y rellena los huecos con nucleótidos de ADN. Finalmente, la ADN ligasa une todos los fragmentos obtenidos, y la hebra retardada completa su síntesis.