Replicación

➤ ¿Qué es la replicación?

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

➻ Hipótesis

• Hipótesis conservativa: cada hebra de ADN sirve de molde para sintetizar las hebras hijas complementarias, uniéndose entre sí y formando la nueva molécula de ADN, guardando la original.
• Hipótesis dispersiva: fragmentación de la molécula original de ADN, haciendo que, cada hebra se replique y, más tardíamente, uniéndose, formando dos moléculas de ADN que tendrán fragmentos nuevos y otros de la molécula original.
• Hipótesis semiconservativa: separación de las cadenas de ADN y cada una sirve de molde para la creación de una nueva. Esta es la propuesta por Watson y Crick y la demostrada.

➻ En procariotas

Tipos de proteínas:

• Proteína de iniciación: se une al origen y separa las cadenas de ADN para iniciar la replicación.
• Proteínas de unión a cadena sencilla: se une al ADN de cadena sencilla y evita la renaturalización.
• ADN-polimerasas: catalizan los enlaces fosfodiéster en sentido 5'→3'. Hay 3 tipos conocidos de polimerasas que puedan sintetizar en crecimiento: 

          → pol I: relleno de pequeños fragmentos durante los procesos de replicación y reparación.
          → pol II: no está claro, pero, se sabe que, repara alternativamente a la pol I cuando éste está                 dañado por mutación.
          → pol III: polimerasa activo durante la replicación del ADN. Alarga una nueva cadena de                   nucleótidos a partir del grupo 3'-OH para la unión de los nucleótidos de ADN.

• Helicasas: abren doble helice rompiendo los enlaces de hidrógeno que mantienen unidas las bases complementarias.
• Topoisomerasas: enrollamiento de la doble hélice del ADN (ADN-girasa).
• Primasa: síntensis de cebadores (comienzan replicación).
• Proteínas SSB: unión de las cadenas de ADN y evitan que se enrolle de nuevo.
• ADN-ligasa: unión de los fragmentos de Okazaki por medio del sellado de los huecos de la estructura azúcar-fosfato del ADN recién sintetizado.

↱ Replicación continua y discontinua

Está comprobado experimentalmente que ambas cadenas son replicadas simultáneamente. Todas dos empiezan a ser replicadas en un mismo punto (Origen de la Replicación), a partir de aquí, las dos cadenas se van separando. y se copian las dos cadenas a la vez, en ambos sentidos (bidireccional).

El problema está en que las dos cadenas transcurren en sentido opuesto, es decir, una va en sentido 3'→5' mientras que la paralela, va en sentido 5'→3'. Todas las enzimas polimerasas transcurren en sentido 5'→3', por lo que, esto produce que la replicación continua sólo sea posible en la cadena molde (3'→5'), no obstante, la cadena complementaria producirá la replicación de manera discontinua, uniendo pequeños fragmentos (fragmentos de Okazaki).

La cadena con replicación continua se llamará cadena adelantada mientras que, la complementaria será la cadena retardada.

Requisitos para la replicación discontinua:

• Síntesis de cebador y elongación: el cebador comienza la replicación discontinua, y, este es un fragmento de la doble cadena formado por un molde y un oligonucleótido. Para cada fragmento de Okazaki se forma un nuevo cebador. El cebador es sintetizado por el ARN-polimerasa o más frecuentemente, la primasa. 

          El cebador proporciona el grupo 3'-OH que el ADN-polimerasa III necesita para sintetizar el               fragmento de Okazaki. El enzima pol III continúa hasta que alcanza el ARN cebador del                     fragmento de Okazaki sintetizado previamente. En este punto termina y abandona el ADN.

• Eliminación del cebador y rellenado del hueco: primero, se debe de completar el fragmento de Okazaki, y para ello actúa Pol I que puede actuar añadiendo nucleótidos (polimerasa) y también puede quitar nucleótidos (exonucleasa). Pol I utilizará esas cualidades. Mediante el ARN cebador anterior y lo sustituye por nuclótidos del ADN. Cuando Pol I haya completado sus actividades el fragmento de Okazaki estará casi listo. Sólo le queda formar un enlace fosfodiéster.
• Ligación: ADN-pol no puede enlazar los fragmentos de Okazaki. El ADN-ligasa, unirá los fragmentos mediante enlaces fosfodiéster.

En definitiva, con las dos cadenas:

Creador del cebador, y separación de las cadenas, gracias a la helicasa, rompiendo los puentes de hidrógeno. Esto provoca la superenrollación de las cadenas, y, para destensarlas, actúan las girasas.

Las cadenas se mantienen separadas gracias a las proteínas SSB. Se forman las nuevas hebras, y, en microscopio electrónico se puede observar una burbuja en la replicación. En los extremos de ésta, las cadenas forman una estructura en forma de Y (horquilla de replicación), hasta acabar la replicación, que, las nuevas hebras serán unidas por las ligasas.

➻ En eucariotas

Muy similar a la de procariotas.

• Replicones: puntos simultáneos en los que se comienza la replicación. Las cadenas de ADN de eucariotas son muy largas.
• Cinco tipo de ADN-polimerasas (α ß γ ε σ): se reparten las tareas de elongación y correción de errores.
• ADN asociado a histonas, proteínas que se duplican en la replicación.
• Se completa la replicación hasta llegar al extremo del cromosoma, el telómero. La hebra retardada queda incompleta, cuando se elimina el último ARN, ningún Pol puede completar el hueco, por tanto, el hecho de que el telómero se vaya acortando, tendrá que ver con el envejecimiento celular y lisis.