Principales Eventos Moleculares de la Replicación del ADN

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Los científicos han identificado desde entonces un total de cinco ADN polimerasas diferentes en E. coli, cada una con un papel especializado. Por ejemplo, la ADN polimerasa III realiza la mayor parte del trabajo de alargamiento, añadiendo los nucleótidos uno a uno al extremo 3 'de la hebra única nueva y creciente. Otras enzimas, incluyendo la ADN polimerasa I y la RNasa H, son responsables de eliminar el cebador de RNA después de que la ADN polimerasa III ha comenzado su trabajo, reemplazándolo con nucleótidos de ADN (Ogawa & Okazaki, 1984). Cuando estas enzimas terminan, dejan un nick entre la sección del ADN que era antes el cebador y la sección alargada del ADN. Otra enzima llamada ADN ligasa actúa entonces para sellar el enlace entre los dos nucleótidos adyacentes.

ADN polimerasa sólo se mueve en una dirección

Después de que un cebador se sintetiza sobre una hebra de ADN y las cadenas de ADN se desenrollan, la sıntesis y el alargamiento pueden proceder en una sola dirección. Como se mencionó anteriormente, la ADN polimerasa sólo puede añadir al extremo 3 ', de modo que el extremo 5' del cebador permanece inalterado. En consecuencia, la sıntesis procede inmediatamente solo a lo largo de la denominada hebra principal. Esta replicación inmediata se conoce como replicación continua. La otra hebra (en la dirección 5 'del cebador) se denomina hebra rezagada, y la replicación a lo largo de ella se denomina replicación discontinua. La doble hélice tiene que desenrollarse un poco antes de que se pueda iniciar la síntesis de otra imprimación más arriba sobre la hebra de retardo. La síntesis puede entonces ocurrir a partir del extremo 3 'de ese nuevo cebador. A continuación, la doble hélice se desenrolla un poco más y se produce otro estímulo de replicación. Como resultado, la replicación a lo largo de la cadena de retraso sólo puede proceder en corto, chorros discontinuos (Figura 3].

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Figura 3: La replicación de la cadena principal de ADN es continua, mientras que la replicación a lo largo de la cadena retardada es discontinua.

Después de que se ha desenrollado una longitud corta del ADN, la síntesis debe proceder en la dirección 5 'a 3'; Es decir, en la dirección opuesta a la del desenrollado.

Los fragmentos de ADN recién sintetizado a lo largo del filamento rezagado se llaman fragmentos de Okazaki, nombrados en honor de su descubridor, el biólogo molecular japonés Reiji Okazaki. Okazaki y sus colegas hicieron su descubrimiento llevando a cabo lo que se conoce como un experimento de persecución de pulso, que implicaba exponer el ADN de replicación a un "pulso" corto de nucleótidos marcados con isótopos y luego variar el período de tiempo que las células estarían expuestas a células no marcadas Nucleótidos. Este período posterior se denomina "persecución" (Okazaki et al., 1968). Los nucleótidos marcados se incorporaron en moléculas de ADN en crecimiento sólo durante los pocos segundos iniciales del pulso; Después, sólo se incorporaron nucleótidos no marcados durante la persecución. Los científicos luego centrifugaron el ADN recién sintetizado y observaron que las persecuciones más cortas daban lugar a que la mayor parte de la radiactividad apareciera en ADN "lento". La velocidad de sedimentación se determinó por tamaño: fragmentos más pequeños precipitaron más lentamente que los fragmentos más grandes debido a su peso más ligero. A medida que los investigadores aumentaron la duración de las persecuciones, la radioactividad en el ADN "rápido" aumentó con poco o ningún aumento de radiactividad en el ADN lento. Los investigadores interpretaron correctamente estas observaciones para significar que, con persecuciones cortas, sólo fragmentos muy pequeños de ADN estaban siendo sintetizados a lo largo de la hebra rezagada. A medida que las persecuciones aumentaron en longitud, dando ADN más tiempo para replicar, los fragmentos de la cadena de retraso comenzaron a integrarse en cadenas de ADN más largas, más pesadas, sedimentando más rápidamente. Hoy en día, los científicos saben que los fragmentos de Okazaki de ADN bacteriano son típicamente entre 1.000 y 2.000 nucleótidos de largo, mientras que en las células eucarióticas, son sólo alrededor de 100 a 200 nucleótidos de largo.

Los retos de la replicación eucariótica

Las células bacterianas y eucariotas comparten muchas de las mismas características básicas de replicación; Por ejemplo, la iniciación requiere una imprimación, la elongación está siempre en la dirección 5 'a 3', y la replicación es siempre continua a lo largo de la hebra principal y discontinua a lo largo de la hebra rezagada. Pero también hay diferencias importantes entre la replicación bacteriana y eucariótica, algunos de los cuales los biólogos todavía están investigando activamente en un esfuerzo por comprender mejor los detalles moleculares. Una diferencia es que la replicación eucariótica se caracteriza por muchos orígenes de replicación (a menudo miles), no sólo uno, y las secuencias de los orígenes de replicación varían ampliamente entre las especies. Por otra parte, mientras que los orígenes de replicación para las bacterias, oriC, varían en longitud (de aproximadamente 200 a 1.000 pares de bases) y secuencia, excepto en organismos estrechamente relacionados, todas las bacterias tienen un solo origen de replicación (Mackiewicz et al. 2004).

La replicación eucariótica también utiliza un conjunto diferente de enzimas de ADN polimerasa (por ejemplo, ADN polimerasa δ y ADN polimerasa ε en lugar de ADN polimerasa III). Los científicos todavía están estudiando los papeles de las 13 polimerasas eucariotas descubiertas hasta la fecha. Además, en eucariotas, la plantilla de ADN se compacta por la forma en que serpentea alrededor de proteínas llamadas histonas. Este complejo de ADN-histona, llamado nucleosoma, plantea un desafío único tanto para la célula como para los científicos que investigan los detalles moleculares de la replicación eucariótica. ¿Qué sucede con los nucleosomas durante la replicación del ADN? Los científicos saben por estudios de micrografía electrónica que el reensamblaje de los nucleosomas ocurre muy rápidamente después de la replicación (los nucleosomas reensamblados son visibles en las imágenes de micrografía electrónica), pero aún no saben cómo sucede esto (Annunziato, 2005).

Además, mientras que los cromosomas bacterianos son circulares, los cromosomas eucariotas son lineales. Durante la replicación