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Hasta ahora hemos estudiado la transmisión de la información genética en una misma célula, desde el ADN hasta el ARN (transcripción) y desde éste a las proteínas (traducción). Pero la información contenida en los genes también es transferida desde una célula a sus células descendientes; ello es posible gracias a la replicación (o duplicación) del ADN, proceso que permite a las células hijas contener las mismas moléculas de ADN que la célula progenitora.
Experimentalmente se ha demostrado que el proceso de replicación del ADN duplohelicoidal tiene lugar según la hipótesis propuesta por Watson y Crick: la replicación del ADN comienza por la separación progresiva de las 2 cadenas constituyentes, cada una de las cuales va servir de molde o patrón para la síntesis de una nueva cadena complementaria.


Ésta se va formando al situarse frente a los nucleótidos de la cadena patrón, los nucleótidos libres que tienen bases complementarias.
De este modo, se formarán 2 moléculas de ADN idénticas a la inicial, cada una de las cuales contiene una cadena del ADN progenitor y una cadena complementaria recién sintetizada. Por ello esta hipótesis se denominó como hipótesis semiconservativa.

La replicación ocurre mediante un complejo mecanismo que fué estudiado fundamentalmente en el ADN de la bacteria Escherichia coli. Es necesaria la presencia de los desoxirribonucleótidos en forma de trifosfato, y, además, un fragmento de ARN preformado llamado ARN cebador o ARN primer.
Una enzima ADN-POLIMERASA III une los desoxirribonucleótidos al extremo 3'-OH del ARN cebador, según el orden determinado por la complementaridad de bases con la cadena de ADN patrón; simultáneamente, se liberan los 2 fosfatos terminales (en forma de PPi) de cada nucleótido entrante.


Por tanto, la síntesis de una cadena de ADN ocurre en la dirección 5'--->3'. El ARN cebador se separa posteriomente de la cadena de ADN formada.
Recordar que la replicación del ADN se produce antes de la división celular, en el período S de la interfase, y que como consecuencia de este proceso cada célula hija recibe una copia del ADN de la célula progenitora.

Puesto que la replicación del ADN dúplex ocurre simultáneamente en las 2 cadenas y como la ADNPOLIMERASA III actúa únicamente en la dirección 5'--->3', sólo una de
las 2 nuevas cadenas es sintetizada de forma continua (cadena conductora); la otra (cadena retardada) es sintetizada de modo discontinuo, mediante la formación de fragmentos cortos llamados fragmentos de Okazaki, por ser este científico japonés quién descubrió este hecho.
La síntesis de cada uno de estos fragmentos también tiene lugar a partir de un ARN cebador.


Además de la enzima ADN POLIMERASA III, en la replicación del ADN intervienen otras enzimas.
1.1. Basándoseen los conocimientos actuales, el mecanismo de replicación del ADN en las bacterias (Escherichia coli), podría ocurrir de la siguiente forma:
- El proceso comienza en una determinada secuencia de nucleótidos (origen de la replicación), donde se produce la desespiralización del ADN y consiguiente separación de las 2 cadenas. Esta desespiralización es provocada por la enzima ADN-HELICASA que rompe los enlaces de hidrógeno que unían ambas cadenas. Las llamadas proteínas
SSB se fijan fuertemente a cada una de las cadenas separadas, impidiendo que vuelvan a unirse de nuevo.
Intervienen también otras enzimas llamadas TOPOISOMERASAS cuya función es impedir el enmarañamiento del ADN durante la replicación; actúan cortando una o las dos cadenas y, una vez eliminadas las tensiones, las unen de nuevo.
A partir del punto de origen de la replicación se forman 2 “horquillas”, una se desplaza hacia la derecha y la otra hacia la izquierda. En cada horquilla se va a formar una cadena conductora y una cadena retardada

- En cada horquilla la enzima ARN-PRIMASA determina la síntesis de cortos segmentos de ARN (los ARN-cebadores o ARN primer) complementarios al ADN. A partir del ARN cebador, una de las nuevas cadenas (cadena conductora) es sintetizada de forma continua en la dirección 5'--->3'; la otra (cadena retardada) es sintetizada, también en esa dirección, pero en fragmento cortos (fragmentos de Okazaki). Como ya hemos dicho, la enzima que une los desoxirribonucleótidos al extremo 3'-OH del ARN-cebador es la ADNPOLIMERASA III.

- A continuación la enzima ADN-POLIMERASA I elimina los segmentos de ARN-cebador.
- Los espacios que quedan libres son rellenados con desoxirribonucleótidos que la ADN-POLIMERASA I une al extremo 3'-OH libre de los fragmentos de Okazaki. La ADN-POLIMERASA I, al igual que la III, sólo actúa en dirección 5´ ----> 3´.
- Por último, la enzima ADN LIGASA une o "suelda" los extremos 3' y 5' de los fragmentos de ADN contiguos. Esta enzima requiere el aporte energético del ATP.


Al encontrarse las dos horquillas, se fusiona la cadena conductora de una con la cadena retardada de la otra, formándose las 2 moléculas de ADN “hijas”.
Los procesos que ocurren en cada horquilla de replicación los podemos resumir en el siguiente esquema:

1.2. En cuanto a la replicación del ADN de las células superiores, en líneas generales tiene lugar según el mismo mecanismo que en las bacterias, con ciertas diferencias:
- Puesto que cada molécula de ADN está condensada en forma de fibra cromatínica (300 D), previamente a la replicación, se han de separar las histonas que forman los nucleosomas.


- Debido a que las moléculas de ADN son muy largas, la replicación comienza en varios puntos de iniciación, formándose así muchas burbujas de replicación que al desplazarse acaban fusionándose.

- El proceso de replicación del ADN se va completando normalmente hasta llegar al extremo del cromosoma, el telómero.
Cuando se elimina el último ARN cebador una de las cadenas quedará incompleta, ya que la ADN polimerasa no podrá rellenar el hueco, al ser incapaz de unir nucleótidos al extremo 5'. Este hecho hace que el telómero se vaya acortando un poco cada vez que la célula se divide, fenómeno que se asocia a los procesos de envejecimiento y muerte celular.


- A medida que las moléculas de ADN "hijas" se van formando, se asocian a histonas, formándose los nucleosomas y produciéndose su condensación en forma de fibra de 300 D.

Corrección de errores en la replicación

Los posibles errores en el apareamiento de bases que se pueden producir en la replicación del ADN, generalmente se corrigen mediante un complejo mecanismo enzimático en el que interviene la propia ADNPOLIMERASA

En resumen, la corrección del error se produce del siguiente modo:
- el complejo enzimático de reparación recorre la molécula de ADN y al detectar el error, “corta” el segmento de la cadena recién sintetizada donde se ha incorporado el nucleótido incorrecto. El “corte” es realizado por una endonucleasa (enzima que hidroliza los enlaces fosfodiéster en el interior de las cadenas de ADN)


- la ADN-POLIMERASA I rellena el hueco del segmento eliminado, uniendo nuevos nucleótidos
- la ADN-LIGASA une los extremos 3' y 5' contiguos, quedando reparada la nueva cadena.

A pesar de estos mecanismos de reparación, existe una pequeña probabilidad de que se produzcan errores (uno por cada 1010 nucleótidos incorporados) lo que puede ser causa de mutaciones génicas

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