Replicación y Expresión del ADN: Enzimas, Proceso y Factores Clave

Replicación y Expresión del ADN: Mecanismos y Componentes Esenciales

Replicación del ADN: Proceso Enzimático de Alta Fidelidad

El proceso de replicación del ADN, crucial para la herencia genética, se caracteriza por ser un mecanismo enzimáticamente controlado que garantiza una alta fidelidad en la copia de la información genética. En este proceso, la doble hélice de ADN se desenrolla y se separa, permitiendo que cada hebra actúe como molde para la síntesis de una nueva hebra complementaria. Este proceso no ocurre de forma continua en ambas hebras, sino que presenta particularidades en cada una de ellas.

Enzimas clave en la replicación del ADN:

• ADN polimerasa: Cataliza la elongación de la cadena de ADN, incorporando nucleótidos complementarios al molde. También participa en la reparación del ADN.
• Topoisomerasas: Desenrollan el ADN, evitando el superenrollamiento durante la replicación.
• Helicasas: Separan las dos hebras del ADN, rompiendo los puentes de hidrógeno entre las bases nitrogenadas.
• Primasas: Sintetizan pequeños fragmentos de ARN cebador, proporcionando un punto de inicio para la ADN polimerasa.
• Nucleasas: Rompen enlaces fosfodiéster en la cadena de ADN, participando en la replicación y reparación.
• Ligasas: Unen fragmentos de ADN adyacentes, catalizando la formación de enlaces fosfodiéster.

Mecanismo de Replicación: Cadenas Continua y Discontinua

La replicación comienza en regiones específicas del ADN denominadas orígenes de replicación (ori), ricas en adenina y timina. La enzima ADN helicasa, junto con proteínas desestabilizadoras, abre la doble hélice en estos puntos. La ADN polimerasa sintetiza las cadenas complementarias a cada una de las hebras originales.

Sin embargo, la síntesis de ADN ocurre en dirección 5' a 3'. Esto implica que una de las hebras, la hebra conductora o continua, se sintetiza de forma continua. La otra hebra, la hebra rezagada o discontinua, se sintetiza en fragmentos cortos, conocidos como fragmentos de Okazaki. Esto se debe a que la ADN polimerasa solo puede añadir nucleótidos al extremo 3' de una cadena preexistente.

Para iniciar la síntesis de cada fragmento de Okazaki, se requiere un ARN cebador, sintetizado por la enzima ARN primasa. Posteriormente, la ADN polimerasa extiende el cebador, añadiendo nucleótidos al extremo 3'. Finalmente, los cebadores de ARN son eliminados y reemplazados por ADN, y los fragmentos de Okazaki se unen mediante la acción de la ADN ligasa.

Las topoisomerasas juegan un papel crucial aliviando la tensión torsional generada por el desenrollamiento del ADN. Estas enzimas cortan y vuelven a unir las hebras de ADN, evitando el superenrollamiento.

Expresión Génica: De ADN a Proteína

La expresión génica es el proceso mediante el cual la información codificada en el ADN se utiliza para sintetizar proteínas. Este proceso consta de dos etapas principales:

1. Transcripción: En el núcleo, la secuencia de bases nitrogenadas de un gen (ADN) se transcribe a una secuencia complementaria de bases en una molécula de ARN mensajero (ARNm).
2. Traducción: En los ribosomas, la secuencia de ribonucleótidos del ARNm se traduce a una secuencia de aminoácidos, que conforma una proteína.

Factores de Transcripción: Reguladores de la Expresión Génica

Los factores de transcripción son proteínas que regulan la transcripción del ADN. Se unen a secuencias específicas de ADN, ya sea cerca o dentro de un gen, y promueven o reprimen su transcripción. Estos factores no forman parte de la ARN polimerasa (la enzima que cataliza la transcripción), sino que actúan como intermediarios, interactuando con el ADN, otros factores o la propia ARN polimerasa. Algunos factores de transcripción son activados o desactivados por señales intracelulares, lo que permite a la célula responder a cambios en su entorno.