Mecanismo de Replicación del ADN

La replicación del ADN es un proceso bioquímico fundamental que permite la duplicación exacta del material genético. Se propusieron tres hipótesis principales para explicar este mecanismo:

1. Hipótesis Conservativa

   Propone que cada hebra de la molécula de ADN original sirve de molde para sintetizar una hebra hija complementaria. Después de que las dos hebras hijas se han sintetizado, estas se unen entre sí y forman la nueva molécula de ADN de doble hélice, mientras que las dos hebras parentales se vuelven a unir, conservando así la molécula original.

2. Hipótesis Dispersiva

   Propone que cada cadena de la molécula de ADN parental se duplica en forma mixta. Al final, las hebras resultantes son una mezcla de fragmentos originales de la molécula de ADN y nuevos fragmentos que se sintetizan durante el proceso.

3. Hipótesis Semiconservativa

   Propone que cada hebra de la molécula parental sirve de molde para la síntesis de una cadena complementaria hija. Durante el proceso, las hebras nuevas quedan unidas a las hebras parentales, formando dos moléculas de ADN idénticas, cada una con una hebra parental y una hebra hija. Esta hipótesis fue propuesta originalmente por Watson y Crick. Cada hipótesis fue sometida a una evaluación experimental intensa, siendo los experimentos de Matthew Meselson y Franklin W. Stahl en 1957 los que aportaron una respuesta definitiva al mecanismo de replicación del ADN.

Conceptos Clave en Biología Molecular

• Aminoácidos

  Son biomoléculas formadas por carbono, hidrógeno, oxígeno y, en algunos casos, azufre. Son la única fuente aprovechable de nitrógeno para el ser humano y son fundamentales para la síntesis de las proteínas.

• Anticodón

  Es una secuencia de tres bases nitrogenadas que se ubica en el ARNt, complementaria al codón ubicado en el ARNm. Se une a un codón específico del ARNm.

• Codón

  Es un triplete de nucleótidos. Es la unidad básica de información en el proceso de traducción. Cada codón codifica un aminoácido, y esta correspondencia es la base del código genético que permite traducir la secuencia del ARNm a la secuencia de aminoácidos que constituyen la proteína.

• Enzima

  Una enzima es una proteína que actúa como catalizador de una reacción química, acelerándola. Son protagonistas fundamentales en los procesos del metabolismo celular.

• Promotor

  Región del ADN que contiene diferentes dominios de unión a factores de transcripción y que determina el lugar donde la ARN polimerasa comienza la transcripción de un gen.

Evidencia Experimental: Experimentos de Meselson y Franklin W. Stahl

Meselson y Stahl trabajaron con la bacteria Escherichia coli. El ensayo se resume en los siguientes pasos:

1. Incubaron las bacterias en un medio de cultivo que permitía marcar solo el ADN (usando isótopos pesados). Luego de un tiempo, las transfirieron a un medio sin marcador y las mantuvieron hasta que ocurrió la división celular. Inicialmente, el 100% del ADN estaba marcado.

2. Luego de la primera generación, solo el 50% del ADN se vio marcado, tratándose de un ADN híbrido. Este resultado descartó la hipótesis conservativa.

3. Si se produce una segunda generación, aparecen dos tipos de ADN: uno híbrido y uno sin marcar. Si se deja hasta la tercera generación, el ADN híbrido aparece cada vez en menor porcentaje, lo cual descarta la hipótesis dispersiva y confirma el modelo semiconservativo.

Proceso Detallado de la Replicación del ADN

1. El ADN se desenrolla y se rompen los puentes de hidrógeno entre las dos cadenas. La enzima Helicasa ayuda en este proceso, y las proteínas enlazantes (SSBs) evitan que las hebras se vuelvan a unir.

2. Se crea una burbuja de replicación a lo largo del ADN, lo que aumenta la velocidad del proceso.

3. La ADN polimerasa comienza a construir una nueva cadena. La hebra conductora es la nueva cadena que crece de modo continuo hacia la horquilla de replicación. La ADN polimerasa construye la nueva cadena en dirección 5′ a 3′. La ARN primasa coloca los primeros nucleótidos de la nueva cadena (cebador de ARN), proporcionando un segmento 3′ libre al que enlazarse.

4. La ADN polimerasa coloca los nucleótidos complementarios, desplazándose a lo largo de la cadena molde.

5. La ADN polimerasa lee la cadena molde en dirección 3′ a 5′ mientras construye la nueva cadena en dirección 5′ a 3′.

6. Más tarde, un tipo diferente de ADN polimerasa reemplaza el cebador de ARN por ADN.

7. La hebra rezagada es una nueva cadena que crece de modo discontinuo y se aleja de la horquilla de replicación. Los fragmentos que se forman se conocen como Fragmentos de Okazaki y luego son unidos por una enzima llamada Ligasa.

Síntesis de Proteínas (Expresión Génica)

Definiciones Iniciales

• Proteínas

  Moléculas biológicas formadas por cadenas lineales de aminoácidos.

• Biosíntesis Proteica

  Las proteínas se ensamblan a partir de sus aminoácidos utilizando información codificada en sus genes. Cada proteína tiene su propia secuencia de aminoácidos, especificada por la secuencia de nucleótidos de un gen que la codifica. El código genético está formado por un conjunto de tres nucleótidos denominados codones. Cada codón designa un aminoácido. El ADN contiene 4 tipos de nucleótidos.

Transcripción

El proceso por el cual el mensaje del ADN se copia en una molécula de ácido ribonucleico (ARN) se denomina transcripción. Ocurre de la siguiente manera:

• La síntesis de ARN se inicia en regiones del ADN llamadas promotores, que tienen una secuencia específica de nucleótidos.

• En estas regiones, las bandas de ADN se separan y forman lo que se llama burbuja de transcripción. Una de las hebras del ADN sirve de molde o patrón para sintetizar una molécula de ARN. El proceso es dirigido por la enzima llamada ARN polimerasa.

Traducción

El ARNm sintetizado en el núcleo sale luego hacia los ribosomas, donde se traduce la información del ARNm en péptidos específicos.

El orden de los codones en el ARNm determina el orden de unión de los aminoácidos en el polipéptido o proteína que se va a sintetizar.

Resumen del Proceso de Traducción

1. Activación de Aminoácidos

   Los ARN de transferencia (ARNt) tienen anticodones que reconocen aminoácidos específicos, a los cuales se unen con la participación de la enzima aminoacil ARNt sintetasa y el ATP.

2. Iniciación de la Cadena Polipeptídica

   Las dos subunidades ribosómicas forman un complejo de iniciación al unirse entre sí y a la molécula de ARNm en el lugar donde está el codón de iniciación, AUG, con un ARN de transferencia iniciador.

3. Elongación de la Cadena Polipeptídica

   La cadena se alarga cuando los respectivos ARNt transfieren sus aminoácidos al ribosoma, donde se unen a través del enlace peptídico. Luego, el ribosoma se mueve al siguiente codón para traducirlo y así sucesivamente.

4. Terminación de la Cadena Polipeptídica

   La síntesis proteica finaliza cuando los ribosomas encuentran un codón de terminación (UAA, UAG o UGA), y se libera la cadena polipeptídica.