Ejercicio resuelto de Replicación · Biología · Asturias · 2024

Pregunta 4. La figura representa un proceso que ocurre en las células.\na. ¿Cómo se denomina el proceso representado? ¿A qué corresponde la línea discontinua de color amarillo en el centro del esquema? (Calificación 0.5 puntos)\nb. ¿En qué fase o fases del ciclo celular se produce este proceso? Justifica tu respuesta. (Calificación 0.5 puntos)\nc. ¿A qué corresponden los fragmentos de color verde en los extremos de las flechas y cuál es su función? (Calificación 0.5 puntos)\nd. Indica cómo se denomina cada una de las mitades separadas por la línea discontinua amarilla y explica por qué el proceso es diferente en la parte superior e inferior en cada una de esas mitades. (Calificación 0.5 puntos)\n

$\mathbf{\text{a.}}\mathbf{\text{¿C}}\acute{\mathbf{\text{o}}}\mathbf{\text{mo}}\mathbf{\text{se}}\mathbf{\text{denomina}}\mathbf{\text{el}}\mathbf{\text{proceso}}\mathbf{\text{representado?}}\mathbf{\text{¿A}}\mathbf{\text{qu}}\acute{\mathbf{\text{e}}}\mathbf{\text{corresponde}}\mathbf{\text{la}}\mathbf{\text{l}}\acute{\mathbf{\text{ı}}}\mathbf{\text{nea}}\mathbf{\text{discontinua}}\mathbf{\text{de}}\mathbf{\text{color}}\mathbf{\text{amarillo}}\mathbf{\text{en}}\mathbf{\text{el}}\mathbf{\text{centro}}\mathbf{\text{del}}\mathbf{\text{esquema?}}\mathbf{\text{(Calificaci}}\acute{\mathbf{\text{o}}}\mathbf{\text{n}}\mathbf{\text{0.5}}\mathbf{\text{puntos)}}$

La figura muestra una molécula de ADN abierta en una burbuja, con dos horquillas que avanzan en sentidos opuestos y hebras nuevas sintetizándose sobre las antiguas: el proceso es la $\mathbf{\text{replicaci}}\acute{\mathbf{\text{o}}}\mathbf{\text{n}}$ o duplicación del ADN.

La línea discontinua amarilla del centro marca el $\mathbf{\text{origen}}\mathbf{\text{de}}\mathbf{\text{replicaci}}\acute{\mathbf{\text{o}}}\mathbf{\text{n}}$, el punto concreto de la secuencia donde el proceso comenzó. Es una secuencia rica en pares A-T —más fáciles de separar, porque solo tienen dos puentes de hidrógeno— a la que se unen las proteínas iniciadoras y la helicasa. A partir de él la burbuja crece hacia los dos lados, de forma bidireccional, hasta encontrarse con las burbujas vecinas. Un cromosoma bacteriano tiene un único origen; uno eucariota, miles, y por eso puede replicar en horas moléculas mucho mayores.

$\mathbf{\text{b.}}\mathbf{\text{¿En}}\mathbf{\text{qu}}\acute{\mathbf{\text{e}}}\mathbf{\text{fase}}\mathbf{\text{o}}\mathbf{\text{fases}}\mathbf{\text{del}}\mathbf{\text{ciclo}}\mathbf{\text{celular}}\mathbf{\text{se}}\mathbf{\text{produce}}\mathbf{\text{este}}\mathbf{\text{proceso?}}\mathbf{\text{Justifica}}\mathbf{\text{tu}}\mathbf{\text{respuesta.}}\mathbf{\text{(Calificaci}}\acute{\mathbf{\text{o}}}\mathbf{\text{n}}\mathbf{\text{0.5}}\mathbf{\text{puntos)}}$

Se produce en la $\mathbf{\text{fase}}\mathbf{\text{S}}$ de la interfase, la que está entre $G_1$ y $G_2$.

La justificación es funcional: la célula tiene que entregar a cada una de sus dos hijas una copia completa del genoma, así que ha de duplicar su ADN $\mathbf{\text{antes}}$ de repartirlo, y ha de hacerlo una sola vez por ciclo. Por eso ocupa una fase propia de la interfase y no la división: durante la mitosis los cromosomas están condensados al máximo y el ADN es inaccesible a la maquinaria de replicación. El nombre de la fase, S de síntesis, alude precisamente a esto, y su final es lo que define el paso a $G_2$, donde la célula ya tiene el doble de ADN pero el mismo número de cromosomas, cada uno con dos cromátidas.

$\mathbf{\text{c.}}\mathbf{\text{¿A}}\mathbf{\text{qu}}\acute{\mathbf{\text{e}}}\mathbf{\text{corresponden}}\mathbf{\text{los}}\mathbf{\text{fragmentos}}\mathbf{\text{de}}\mathbf{\text{color}}\mathbf{\text{verde}}\mathbf{\text{en}}\mathbf{\text{los}}\mathbf{\text{extremos}}\mathbf{\text{de}}\mathbf{\text{las}}\mathbf{\text{flechas}}\mathbf{\text{y}}\mathbf{\text{cu}}\acute{\mathbf{\text{a}}}\mathbf{\text{l}}\mathbf{\text{es}}\mathbf{\text{su}}\mathbf{\text{funci}}\acute{\mathbf{\text{o}}}\mathbf{\text{n?}}\mathbf{\text{(Calificaci}}\acute{\mathbf{\text{o}}}\mathbf{\text{n}}\mathbf{\text{0.5}}\mathbf{\text{puntos)}}$

Los fragmentos verdes situados al comienzo de cada flecha roja son los $\mathbf{\text{cebadores}}$ o primers: fragmentos cortos de $\mathbf{\text{ARN}}$, de una decena de nucleótidos, complementarios de la hebra molde y sintetizados por la enzima primasa.

Su función es $\mathbf{\text{aportar}}\mathbf{\text{un}}\mathbf{\text{extremo}}$ $\mathrm{<msup><mn\; mathvariant="bold">3</mn><mo\; mathvariant="bold"\; lspace="0em"\; rspace="0em">\prime </mo></msup>}$ $\mathbf{\text{con}}\mathbf{\text{hidroxilo}}\mathbf{\text{libre}}$ sobre el que la ADN-polimerasa pueda empezar a trabajar. Y hacen falta porque esa enzima no sabe iniciar una cadena de cero: solo sabe alargar una ya existente, añadiendo cada nucleótido sobre el $-\mathrm{O}\mathrm{H}$ del carbono $3^{\mathrm{\prime }}$ del anterior. Terminada la síntesis, los cebadores se eliminan, el hueco se rellena con ADN y la ligasa sella los enlaces.

$\mathbf{\text{d.}}\mathbf{\text{Indica}}\mathbf{\text{c}}\acute{\mathbf{\text{o}}}\mathbf{\text{mo}}\mathbf{\text{se}}\mathbf{\text{denomina}}\mathbf{\text{cada}}\mathbf{\text{una}}\mathbf{\text{de}}\mathbf{\text{las}}\mathbf{\text{mitades}}\mathbf{\text{separadas}}\mathbf{\text{por}}\mathbf{\text{la}}\mathbf{\text{l}}\acute{\mathbf{\text{ı}}}\mathbf{\text{nea}}\mathbf{\text{discontinua}}\mathbf{\text{amarilla}}\mathbf{\text{y}}\mathbf{\text{explica}}\mathbf{\text{por}}\mathbf{\text{qu}}\acute{\mathbf{\text{e}}}\mathbf{\text{el}}\mathbf{\text{proceso}}\mathbf{\text{es}}\mathbf{\text{diferente}}\mathbf{\text{en}}\mathbf{\text{la}}\mathbf{\text{parte}}\mathbf{\text{superior}}\mathbf{\text{e}}\mathbf{\text{inferior}}\mathbf{\text{en}}\mathbf{\text{cada}}\mathbf{\text{una}}\mathbf{\text{de}}\mathbf{\text{esas}}\mathbf{\text{mitades.}}\mathbf{\text{(Calificaci}}\acute{\mathbf{\text{o}}}\mathbf{\text{n}}\mathbf{\text{0.5}}\mathbf{\text{puntos)}}$

Cada una de las dos mitades es una $\mathbf{\text{horquilla}}\mathbf{\text{de}}\mathbf{\text{replicaci}}\acute{\mathbf{\text{o}}}\mathbf{\text{n}}$: la zona en forma de Y donde la doble hélice se está abriendo y donde se sitúan la helicasa y las polimerasas. Como el origen es central y la replicación es bidireccional, hay dos horquillas que se alejan en sentidos contrarios.

Que dentro de cada horquilla el proceso sea distinto arriba y abajo se debe al choque de dos hechos. El primero es que las dos hebras del ADN son $\mathbf{\text{antiparalelas}}$: una va $5^{\mathrm{\prime }}\to 3^{\mathrm{\prime }}$ y la otra $3^{\mathrm{\prime }}\to 5^{\mathrm{\prime }}$. El segundo es que la ADN-polimerasa solo sabe sintetizar en sentido $5^{\mathrm{\prime }}\to 3^{\mathrm{\prime }}$.

En consecuencia, en cada horquilla hay un molde cuya lectura coincide con el avance de la apertura, y sobre él la hebra nueva se fabrica $\mathbf{\text{de}}\mathbf{\text{forma}}\mathbf{\text{continua}}$, en una sola pieza y con un solo cebador: es la $\mathbf{\text{hebra}}\mathbf{\text{conductora}}$, la de la flecha larga y única. En el otro molde la polimerasa tendría que ir en sentido contrario al de apertura, así que no le queda más remedio que esperar a que se descubra molde nuevo y sintetizar hacia atrás, en trozos con su propio cebador cada uno —los $\mathbf{\text{fragmentos}}\mathbf{\text{de}}\mathbf{\text{Okazaki}}$, las flechas cortas—, que después une la ligasa: es la $\mathbf{\text{hebra}}\mathbf{\text{retardada}}$. Como las dos horquillas avanzan en sentidos opuestos, la hebra que es conductora en una es la retardada en la otra, y de ahí que el dibujo aparezca invertido a los dos lados de la línea amarilla.