Replicación del ADN

La replicación del ADN es el proceso por el que, a partir de una molécula de ADN, se sintetizan dos moléculas hijas con la misma secuencia de bases que el ADN original.

Significado biológico

Con la replicación se duplica el material genético antes de la división celular (mitosis y meiosis), garantizando su conservación y transmisión a la descendencia.

Características de la replicación

• Semiconservadora: Cada cadena de la molécula de ADN parental actúa como molde para la síntesis de una nueva cadena, produciéndose dos nuevas moléculas de ADN donde cada una posee una hebra vieja y una nueva.
• Comienza en un punto del ADN: Las dos cadenas se replican a la vez desde un punto denominado origen. En dicho punto, el ADN parental se desenrolla y forma una estructura de lazo cuyos extremos se llaman horquilla de replicación.
• Bidireccional: Comenzada en un punto de la molécula de ADN, el proceso se desarrolla hacia los dos extremos de la cadena.
• Dirección de síntesis: La síntesis del ADN se desarrolla en dirección 5’→3’. La cadena molde tiene dirección 3’→5’, mientras que la cadena con información sintetizada tiene dirección 5’→3’.
• Síntesis semidiscontinua:
  • Cadena conductora: Una cadena de replicación continua que sigue la misma dirección que la horquilla.
  • Cadena retardada: Una cadena de replicación discontinua que va en distinta dirección que la horquilla. Se sintetiza mediante los fragmentos de Okazaki, que son secuencias formadas por unos centenares o miles de nucleótidos.
• Cebador (Primer): Pequeño fragmento de ARN que sirve para iniciar la síntesis del ADN.

Proceso de replicación

Durante la replicación, las cadenas de ADN parental duplicado son separadas por la acción de la Helicasa, que rompe los puentes de hidrógeno. La topoisomerasa elimina la tensión de las cadenas de ADN al estar enrollado, mientras que la proteína SSB estabiliza la cadena sencilla para que no vuelva a enrollarse.

Se produce una zona donde el ADN queda separado, llamada horquilla de replicación, que es donde comienza la síntesis. En la horquilla hay una hebra que se sintetiza de forma continua en sentido 3’→5’ (hebra conductora); la otra hebra se sintetiza en varios fragmentos (fragmentos de Okazaki) en sentido 5’→3’ y es conocida como hebra retardada.

La primasa sintetiza el ARN cebador, ya que este comienza la cadena, y la ADN polimerasa alarga el primer sintetizado por la primasa. Posteriormente, el ARN cebador es eliminado y la ADN polimerasa rellena el hueco dejado por este. Finalmente, la ligasa une los fragmentos de Okazaki y, al finalizar el proceso, se liberan dos moléculas idénticas de ADN, cada una con una hebra antigua y otra nueva.

Transcripción

La transcripción es la primera etapa de la expresión genética, mediante la cual se sintetiza una molécula de ARN cuya secuencia es complementaria a la de una de las dos cadenas de un fragmento de ADN que denominamos gen.

Conceptos clave

• Genes: Son fragmentos de ADN que contienen la información necesaria para la síntesis de una proteína.
• Transcripción inversa: Es el proceso de copia del ARN en ADN, utilizado por los virus con genoma de ARN para la realización de su ciclo vital.

Proceso de transcripción

1. Iniciación: La ARN polimerasa se une a un promotor y copiará una de las hebras (a veces se necesitan factores de transcripción específicos).
2. Elongación: Se sintetiza una hebra en dirección 5’→3’. Cada 30 nucleótidos se añade una caperuza de un nucleótido en el extremo 5’.
3. Finalización: La ARN polimerasa llega a una secuencia llamada terminadora y se separa. El fin de la síntesis del transcrito primario se produce al llegar a la llamada secuencia de señalización de poliadenilación; entonces interviene la poli A polimerasa, que añade ribonucleótidos de adenina (A) al extremo final.
4. Maduración: Se realiza dependiendo del tipo de ARN:
   • ARNm: En procariotas no hay maduración, se transcribe directamente. En eucariotas se eliminan los intrones y se unen los exones (splicing).
   • ARNt / ARNr: El transcrito primario se cortará en varios trozos; algunos se retiran y el resto se unen entre sí.

Localización: Este proceso ocurre en el citoplasma (en procariotas) y en el núcleo, mitocondrias y cloroplastos (en eucariotas).

Traducción

La traducción es el proceso de síntesis de proteínas llevado a cabo en los ribosomas, a partir de la información aportada por el ARNm que es, a su vez, una copia de un gen.

Proceso de traducción

• Iniciación: La subunidad 30S del ribosoma se coloca en los dos primeros dobletes. Luego llega la subunidad 50S y se acopla. Varios factores de iniciación entran y salen del ribosoma y se hidroliza un GTP.
• Elongación:
  • Fijación: Llega el segundo triplete y se coloca el codón ante el anticodón. Dos factores de elongación y la hidrólisis permiten la fijación.
  • Formación del enlace peptídico: Se forma por una enzima en la subunidad 50S. Transfiere la energía del enlace éster del ARNt para formar el enlace peptídico entre los aminoácidos.
  • Translocación: Para que esto ocurra, tiene que llegar otro factor de elongación para desplazar el ribosoma.
• Terminación: Se bloquea el anticodón por un factor de terminación. Se transfiere la energía del enlace éster al agua, se produce su hidrólisis y se libera la cadena peptídica. Finalmente, se separan las subunidades del ribosoma.