Ejercicio resuelto de Replicación · Biología · La Rioja · 2020

Explique la importancia biológica del proceso de replicación del ADN, tanto a nivel celular como a nivel evolutivo. Las ADN polimerasas sintetizan la hebra nueva en sentido $5' \rightarrow 3'$. Si las dos hebras de la molécula de ADN son antiparalelas, ¿cómo es posible que se repliquen a la vez? [1 punto]

$\textbf{Explique la importancia biológica del proceso de replicación del ADN, tanto a nivel celular como a nivel evolutivo. Las ADN polimerasas sintetizan la hebra nueva en sentido } \boldsymbol{5' \rightarrow 3'}\textbf{. Si las dos hebras de la molécula de ADN son antiparalelas, ¿cómo es posible que se repliquen a la vez? [1 punto]}$

A nivel celular, la replicación es la condición previa de toda división celular. Antes de dividirse, la célula ha de duplicar su material genético para que cada célula hija reciba una copia completa; por eso ocurre en la fase S de la interfase y por eso, si falla o queda incompleta, los puntos de control detienen el ciclo. Sin replicación no habría crecimiento, ni renovación de tejidos, ni cicatrización, ni reproducción.

Su carácter semiconservativo es lo que garantiza la fidelidad: cada molécula hija conserva una hebra de la original, que sirve a la vez de molde y de patrón de comprobación, de modo que la información se transmite sin degradarse. A ello se suman los mecanismos de corrección, que rebajan la tasa de error hasta uno por cada mil millones de nucleótidos.

A nivel evolutivo, la replicación es lo que hace posible la herencia: gracias a ella la información pasa íntegra de generación en generación y los caracteres se conservan a lo largo del tiempo, que es la base de la continuidad de las especies.

Pero conviene señalar un matiz: precisamente porque la replicación no es absolutamente perfecta, existe la evolución. Los errores que escapan a los sistemas de corrección son mutaciones, y las mutaciones son la única fuente de alelos nuevos, es decir, la materia prima sobre la que actúa la selección natural. Una replicación infalible daría una biosfera inmutable e incapaz de adaptarse; una replicación descuidada haría inviable a la propia célula. El equilibrio entre fidelidad y error es lo que permite a la vez la herencia y la evolución.

En cuanto a la segunda pregunta, la aparente contradicción se resuelve porque las dos hebras no se sintetizan de la misma manera.

La ADN polimerasa solo puede añadir nucleótidos sobre un extremo $3'$ libre, de modo que la hebra nueva crece siempre de $5'$ a $3'$ y lee el molde de $3'$ a $5'$. Como las dos hebras molde son antiparalelas, en una de ellas esa dirección coincide con el avance de la horquilla y en la otra es la contraria.

Sobre la hebra molde orientada de forma favorable, la síntesis acompaña a la apertura de la horquilla y es continua: se llama hebra conductora o adelantada, y le basta un solo cebador.

Sobre la otra, la síntesis tendría que ir en sentido contrario al avance de la horquilla, cosa imposible. La solución es sintetizarla a trozos: se espera a que la helicasa abra un tramo y se copia hacia atrás, en fragmentos cortos llamados fragmentos de Okazaki, cada uno con su propio cebador de ARN. Es la hebra retardada o rezagada. Después, otra ADN polimerasa retira los cebadores y rellena los huecos, y la ADN ligasa sella las uniones hasta obtener una hebra continua.

Así, las dos hebras se replican simultáneamente y en la misma horquilla, aunque una lo haga de un tirón y la otra a saltos.