Ejercicio resuelto de Replicación · Biología · Asturias · 2022

5. Margarita Salas descubrió en el fago φ29 una polimerasa capaz de amplificar el ADN. Esa polimerasa se patentó, se emplea actualmente en muchos laboratorios de todo el mundo para amplificar ADN de forma rápida y sencilla, siendo la patente más rentable de la historia de la ciencia española. La imagen corresponde a un proceso específico del ADN.
a. Indica qué representa la imagen y qué señalan cada una de las letras A, B y C. (Calificación máxima 0,5 puntos)
b. Indica la polaridad de la hebra molde superior (donde está la letra C) y de la hebra molde inferior. Justifica tu respuesta.(Calificación máxima 0,5 puntos)
c. La velocidad de replicación, ¿es la misma en las dos hebras (superior e inferior) o es diferente? Justifica tu respuesta. (Calificación máxima 0,5 puntos)
d. Indica las funciones que tienen cada una de las siguientes enzimas en el proceso representado: helicasas, ARN-primasa, ADN-ligasa. (Calificación máxima 0,5 puntos)

$\mathbf{\text{a.}}\mathbf{\text{Indica}}\mathbf{\text{qu}}\acute{\mathbf{\text{e}}}\mathbf{\text{representa}}\mathbf{\text{la}}\mathbf{\text{imagen}}\mathbf{\text{y}}\mathbf{\text{qu}}\acute{\mathbf{\text{e}}}\mathbf{\text{se}}\widetilde{\mathbf{\text{n}}}\mathbf{\text{alan}}\mathbf{\text{cada}}\mathbf{\text{una}}\mathbf{\text{de}}\mathbf{\text{las}}\mathbf{\text{letras}}\mathbf{\text{A,}}\mathbf{\text{B}}\mathbf{\text{y}}\mathbf{\text{C.}}\mathbf{\text{(Calificaci}}\acute{\mathbf{\text{o}}}\mathbf{\text{n}}\mathbf{\text{m}}\acute{\mathbf{\text{a}}}\mathbf{\text{xima}}\mathbf{\text{0,5}}\mathbf{\text{puntos)}}$

La imagen representa una $\mathbf{\text{burbuja}}\mathbf{\text{de}}\mathbf{\text{replicaci}}\acute{\mathbf{\text{o}}}\mathbf{\text{n}}$ del ADN: la molécula parental se ha abierto por un origen y forma un ojal con dos horquillas que avanzan en sentidos opuestos, y dentro de él se están sintetizando las hebras nuevas, dibujadas con flechas que indican el sentido de avance.

$\mathbf{\text{A}}$ señala los $\mathbf{\text{fragmentos}}\mathbf{\text{de}}\mathbf{\text{Okazaki}}$: los trozos cortos, cada uno con su cebador de ARN en el extremo, con los que se sintetiza la hebra retardada. Se reconocen porque son varios, cortos y con las flechas apuntando en sentido contrario al avance de la horquilla.

$\mathbf{\text{B}}$ señala la $\mathbf{\text{hebra}}\mathbf{\text{conductora}}$ o adelantada: la que se sintetiza de forma continua, en una sola pieza y con un único cebador, siguiendo el avance de la horquilla.

$\mathbf{\text{C}}$ señala la $\mathbf{\text{hebra}}\mathbf{\text{molde}}\mathbf{\text{superior}}$, es decir, una de las dos cadenas parentales, la que sirve de patrón para las hebras nuevas dibujadas en la mitad de arriba de la burbuja.

$\mathbf{\text{b.}}\mathbf{\text{Indica}}\mathbf{\text{la}}\mathbf{\text{polaridad}}\mathbf{\text{de}}\mathbf{\text{la}}\mathbf{\text{hebra}}\mathbf{\text{molde}}\mathbf{\text{superior}}\mathbf{\text{(donde}}\mathbf{\text{est}}\acute{\mathbf{\text{a}}}\mathbf{\text{la}}\mathbf{\text{letra}}\mathbf{\text{C)}}\mathbf{\text{y}}\mathbf{\text{de}}\mathbf{\text{la}}\mathbf{\text{hebra}}\mathbf{\text{molde}}\mathbf{\text{inferior.}}\mathbf{\text{Justifica}}\mathbf{\text{tu}}\mathbf{\text{respuesta.}}\mathbf{\text{(Calificaci}}\acute{\mathbf{\text{o}}}\mathbf{\text{n}}\mathbf{\text{m}}\acute{\mathbf{\text{a}}}\mathbf{\text{xima}}\mathbf{\text{0,5}}\mathbf{\text{puntos)}}$

El razonamiento parte de una sola regla: la ADN-polimerasa sintetiza $\mathbf{\text{siempre}}$ en sentido $5^{\mathrm{\prime }}\to 3^{\mathrm{\prime }}$, y la hebra nueva es antiparalela a su molde.

En la mitad superior de la burbuja, la hebra continua crece $\mathbf{\text{hacia}}\mathbf{\text{la}}\mathbf{\text{izquierda}}$ —así lo indica su flecha—, de modo que su extremo $3^{\mathrm{\prime }}$ queda a la izquierda y el $5^{\mathrm{\prime }}$ a la derecha. Como el molde es antiparalelo, la $\mathbf{\text{hebra}}\mathbf{\text{molde}}\mathbf{\text{superior}}$ presenta su extremo $3^{\mathrm{\prime }}$ a la derecha y el $5^{\mathrm{\prime }}$ a la izquierda: leída de izquierda a derecha va en sentido $\mathrm{<mrow><msup><mn\; mathvariant="bold">5</mn><mo\; mathvariant="bold"\; lspace="0em"\; rspace="0em">\prime </mo></msup><mo>\to </mo><msup><mn\; mathvariant="bold">3</mn><mo\; mathvariant="bold"\; lspace="0em"\; rspace="0em">\prime </mo></msup></mrow>}$.

En la mitad inferior ocurre lo contrario: la hebra continua crece hacia la derecha, así que la $\mathbf{\text{hebra}}\mathbf{\text{molde}}\mathbf{\text{inferior}}$, leída también de izquierda a derecha, va en sentido $\mathrm{<mrow><msup><mn\; mathvariant="bold">3</mn><mo\; mathvariant="bold"\; lspace="0em"\; rspace="0em">\prime </mo></msup><mo>\to </mo><msup><mn\; mathvariant="bold">5</mn><mo\; mathvariant="bold"\; lspace="0em"\; rspace="0em">\prime </mo></msup></mrow>}$.

Y era obligado que fuese así, porque las dos hebras de una misma molécula de ADN son antiparalelas entre sí: si una va $5^{\mathrm{\prime }}\to 3^{\mathrm{\prime }}$ de izquierda a derecha, la otra tiene que ir al revés.

$\mathbf{\text{c.}}\mathbf{\text{La}}\mathbf{\text{velocidad}}\mathbf{\text{de}}\mathbf{\text{replicaci}}\acute{\mathbf{\text{o}}}\mathbf{\text{n,}}\mathbf{\text{¿es}}\mathbf{\text{la}}\mathbf{\text{misma}}\mathbf{\text{en}}\mathbf{\text{las}}\mathbf{\text{dos}}\mathbf{\text{hebras}}\mathbf{\text{(superior}}\mathbf{\text{e}}\mathbf{\text{inferior)}}\mathbf{\text{o}}\mathbf{\text{es}}\mathbf{\text{diferente?}}\mathbf{\text{Justifica}}\mathbf{\text{tu}}\mathbf{\text{respuesta.}}\mathbf{\text{(Calificaci}}\acute{\mathbf{\text{o}}}\mathbf{\text{n}}\mathbf{\text{m}}\acute{\mathbf{\text{a}}}\mathbf{\text{xima}}\mathbf{\text{0,5}}\mathbf{\text{puntos)}}$

Vistas en conjunto, las dos hebras molde se replican en el $\mathbf{\text{mismo}}\mathbf{\text{tiempo}}$, pero no todos los tramos se sintetizan a la misma velocidad.

La justificación tiene dos partes. Por un lado, la síntesis $\mathbf{\text{continua}}$ es más rápida que la $\mathbf{\text{discontinua}}$: la hebra conductora necesita un solo cebador y la polimerasa la recorre sin interrupción, mientras que la retardada exige fabricar un cebador por fragmento, sintetizar cada fragmento por separado, retirar después todos los cebadores, rellenar los huecos con ADN y sellarlos con la ligasa. Es más lenta y más costosa.

Por otro lado, y esto es lo que iguala el balance, cada hebra molde hace de patrón para la hebra conductora en una horquilla y para la retardada en la otra, porque las dos horquillas avanzan en sentidos opuestos. Como el molde superior es continuo a la izquierda y discontinuo a la derecha, y el inferior al revés, las dos acaban replicándose a la vez y la burbuja crece de forma simétrica.

$\mathbf{\text{d.}}\mathbf{\text{Indica}}\mathbf{\text{las}}\mathbf{\text{funciones}}\mathbf{\text{que}}\mathbf{\text{tienen}}\mathbf{\text{cada}}\mathbf{\text{una}}\mathbf{\text{de}}\mathbf{\text{las}}\mathbf{\text{siguientes}}\mathbf{\text{enzimas}}\mathbf{\text{en}}\mathbf{\text{el}}\mathbf{\text{proceso}}\mathbf{\text{representado:}}\mathbf{\text{helicasas,}}\mathbf{\text{ARN-primasa,}}\mathbf{\text{ADN-ligasa.}}\mathbf{\text{(Calificaci}}\acute{\mathbf{\text{o}}}\mathbf{\text{n}}\mathbf{\text{m}}\acute{\mathbf{\text{a}}}\mathbf{\text{xima}}\mathbf{\text{0,5}}\mathbf{\text{puntos)}}$

$\text{Enzima}$	$\text{Funci}\acute{\text{o}}\text{n}$
Helicasas	Rompen los puentes de hidrógeno entre las bases y separan las dos hebras, abriendo la doble hélice por delante de cada horquilla
ARN-primasa	Sintetiza los cebadores: fragmentos cortos de ARN complementarios del molde que aportan el extremo $3^{\mathrm{\prime }}$ con hidroxilo libre por el que la ADN-polimerasa puede empezar
ADN-ligasa	Forma el enlace fosfodiéster que suelda entre sí los fragmentos de Okazaki, una vez retirados los cebadores y rellenados los huecos, y da continuidad a la hebra retardada

Cabe añadir las que el enunciado no cita pero también actúan: la topoisomerasa, que deshace las tensiones de superenrollamiento por delante de la horquilla; las proteínas SSB, que impiden que las hebras separadas vuelvan a aparearse; y la ADN-polimerasa, que sintetiza las hebras nuevas y corrige sus propios errores.