Ejercicio resuelto de Replicación · Biología · Cantabria · 2020

Describa mediante un dibujo o esquema claro el mecanismo de replicación del DNA en la célula. Establezca las diferentes etapas del proceso e indique las moléculas implicadas en cada una de ellas. ¿Por qué una de las hebras se sintetiza de forma retardada? [2 puntos]

$\textbf{Describa mediante un dibujo o esquema claro el mecanismo de replicación del DNA en la célula. Establezca las diferentes etapas del proceso e indique las moléculas implicadas en cada una de ellas. ¿Por qué una de las hebras se sintetiza de forma retardada? [2 puntos]}$

La replicación del ADN es el proceso por el que una molécula de ADN origina dos copias idénticas a ella. Tiene tres propiedades: es SEMICONSERVATIVA, porque cada molécula hija conserva una hebra de la madre y una de nueva síntesis —lo demostraron Meselson y Stahl marcando el ADN con nitrógeno pesado—; es BIDIRECCIONAL, porque avanza en los dos sentidos desde cada origen; y es simultánea en las dos hebras. Ocurre en el núcleo, durante la fase S de la interfase.



ETAPAS Y MOLÉCULAS IMPLICADAS EN CADA UNA:

INICIACIÓN. Comienza en secuencias concretas llamadas ORÍGENES DE REPLICACIÓN, únicas en el cromosoma bacteriano y numerosas en cada cromosoma eucariota, lo que permite copiar en pocas horas los dos metros de ADN de una célula humana. Las moléculas implicadas son: la HELICASA, que rompe los puentes de hidrógeno entre las bases complementarias y separa las dos hebras, abriendo la horquilla; la TOPOISOMERASA o girasa, que corta transitoriamente una hebra y la vuelve a unir para liberar la tensión de superenrollamiento que la apertura genera por delante; las PROTEÍNAS SSB, que se unen a las hebras ya separadas y evitan que vuelvan a emparejarse; y la PRIMASA, una ARN polimerasa que sintetiza un CEBADOR corto de ARN, imprescindible porque la ADN polimerasa no sabe empezar una cadena desde cero.

ELONGACIÓN. La molécula implicada es la ADN POLIMERASA III en procariotas, y las polimerasas delta y épsilon en eucariotas. Recorre el molde añadiendo desoxirribonucleótidos complementarios, unidos por enlaces fosfodiéster, SIEMPRE en sentido cinco prima a tres prima. Tiene además actividad CORRECTORA DE PRUEBAS, que comprueba cada base incorporada y elimina las mal emparejadas, con lo que la tasa de error final baja a menos de un nucleótido por cada mil millones.

TERMINACIÓN Y MADURACIÓN. Intervienen la ADN POLIMERASA I, que elimina los cebadores de ARN y rellena los huecos con ADN; la ADN LIGASA, que sella con enlaces fosfodiéster las muescas que quedan entre fragmentos consecutivos; y, en eucariotas, la TELOMERASA, que alarga los extremos de los cromosomas lineales, porque al retirar el último cebador queda un hueco que ninguna polimerasa puede rellenar y sin ella el cromosoma se acortaría en cada división.

¿POR QUÉ UNA DE LAS HEBRAS SE SINTETIZA DE FORMA RETARDADA?

La razón es una sola, y es una limitación de la enzima: la ADN polimerasa SOLO puede añadir nucleótidos al extremo 3 prima de la cadena que está construyendo, es decir, solo sintetiza en sentido CINCO PRIMA A TRES PRIMA. No existe ninguna polimerasa capaz de trabajar en sentido contrario.

Y como las dos hebras del ADN son ANTIPARALELAS, esa única dirección de trabajo tiene consecuencias opuestas en cada una. Sobre el molde que se lee en sentido tres prima a cinco prima, la síntesis avanza en la MISMA dirección en que la horquilla se abre, de modo que la polimerasa puede seguir el avance sin interrupción: resulta la HEBRA CONDUCTORA o continua, con un solo cebador para todo el recorrido. Sobre el otro molde, en cambio, sintetizar cinco prima a tres prima significa avanzar EN SENTIDO CONTRARIO al de la apertura. La polimerasa no puede seguir a la horquilla: tiene que esperar a que la helicasa desnude un tramo nuevo, volver atrás hasta la horquilla, empezar allí otro cebador y sintetizar alejándose de ella hasta topar con el fragmento anterior.

El resultado es la HEBRA RETARDADA o discontinua, formada por los FRAGMENTOS DE OKAZAKI —de unos mil o dos mil nucleótidos en bacterias y unos doscientos en eucariotas—, cada uno con su propio cebador de ARN, que después la polimerasa I sustituye por ADN y la ligasa une entre sí. Se llama retardada porque su síntesis va necesariamente a remolque de la apertura de la horquilla, mientras la conductora la acompaña. Cada fragmento, eso sí, crece cinco prima a tres prima, igual que la conductora: la regla no se rompe en ningún punto.