Replicación del ADN

Proceso a groso modo

Se replican 1000 nt por segundo. Las nuevas hebras de ADN son sintetizadas utilizando otras existentes (parentales) como molde para formar sus complementarias (hijas). Esto se consigue mediante el reconocimiento de cada nucleótido del patrón del ADN, que requiere de las dos cadenas de ADN separadas. La enzima que cataliza la polimerización de nucleótidos es la ADN polimerasa. Esta enzima utiliza desoxirribonucleótidos (A, G, C, T) como sustratos y los polimeriza siguiendo el patrón de una cadena simple de ADN. Se añade un dNTP al extremo 3’-OH de una cadena de polinucleótidos (cebador). La cadena va en dirección 5’ –> 3’. La reacción de polimerización favorece la creación de energía al causar PPi y posterior hidrólisis en 2 (PO₄)

Modelos de replicación

• Conservativa: dos cadenas originales y dos nuevas iguales a la original.
• Semiconservativa: dos moléculas de ADN con una cadena original y una nueva cada una.
• Dispersiva: cadenas con mezcla de ADN original y nuevo.

Replicación del ADN en procariotas

El ADN se sintetiza a partir de precursores de dNTPs en dirección 5’ –> 3’ (la cadena resulta de la formación de un enlace fosfoéster entre O₂ 3’ y (PO₄) 3α de un dNTP. La ADN polimerasa III añade nt complementarios a la cadena de ADN.

• Necesita un molde y un cebador.
• Agrega nt al extremo 3’.
• Pueden corregir errores.

Horquilla de replicación

Zona activa del ADN. El conjunto de todos los componentes se le llama replisoma. Hay un crecimiento bidireccional de las hebras hijas.

Apertura de la doble hélice

• ADN helicasa: moléculas que hidrolizan ATP cuando se unen a moléculas de ADN de una sola cadena. Cuando se encuentra una doble hélice (origen de replicación), rompen los enlaces de H y la desenrollan a 1000 bp/seg.
• Proteínas de unión a cadena sencilla (SSB): se unen a cadenas abiertas ayudando a las helicasas a desenrollar las cadenas sencillas.
• ADN topoisomerasa: nucleasa reversible que se une covalentemente a (PO₄)-3 rompiendo el enlace fosfodiéster de una de las cadenas. Alivia la tensión provocada por la apertura de la doble hélice.

Inicio de la replicación

• Cebador de ARN (ARN primer): hebra corta de ADN o ARN para que la ADN polimerasa comience. Una ADN primasa utiliza un rNTP para generar el cebador.
• ADN polimerasa III: añade dNTPs al grupo -OH libre del extremo 3’ del cebador. Una abrazadera regulada se une a ella cuando se desplaza para que pueda sintetizar cadenas largas. Esta se une a través del cargador de la abrazadera hidrolizando ATP.

Estructura asimétrica

• Cadena conductora: se sintetiza de forma continua.
• Cadena retrasada: se sintetiza de forma discontinua (1000-2000 nt) en dirección 5’ –> 3’. Cada línea discontinua recibe el nombre de fragmento de Okazaki.

Final de la replicación (cadena retrasada)

• ARNasa H: elimina el cebador.
• ADN polimerasa I: rellena los huecos con fragmentos de ADN.
• ADN ligasa: une el extremo 3’ de cada fragmento con el 5’ del anterior gastando ATP.

Errores durante la replicación

• Apareamientos incorrectos.
• Cambios de geometría del ADN.
• Bases tautomerizadas.

1. Corrección de galeradas exonucleofílica

La ADN polimerasa comprueba dos veces la geometría de las bases antes de añadir el nucleótido. La exonucleasa (3’ –> 5’) cambia el nucleótido incorrecto.

2. Sistema de corrección de errores de apareamiento

Detecta la distorsión potencial sobre la hélice que resulta de un desajuste entre bases complementarias y elimina el nucleótido.

Replicación del ADN en eucariotas

Diferencias respecto a los procariotas

Están formados por más componentes proteicos que en las bacterias.

• La proteína de unión al ADN de cadena sencilla (SSB) está formada por 3 subunidades (en vez de 1).
• Usan ADN polimerasa α para empezar cada fragmento de Okazaki, lo sigue la δ con la ayuda de una abrazadera.
• Replica dentro de nucleosomas, por ello es más lenta (1/10).

Fase de síntesis del ADN

Se forman dos copias completas de cada cromosoma. La cromatina condensada se replica más tarde que la menos condensada.

Iniciación de la replicación

• Proteínas iniciadoras: se unen a la doble hélice, rompen los enlaces de H y separan ambas hebras.
• Orígenes de replicación: posición en las que se abren las hebras (forman dos horquillas y dos burbujas de replicación). Formado por secuencias de ADN especificados que atraen a las proteínas iniciadoras y son más fáciles de abrir (A-T). Cada 20-80 forman una unidad de replicación a diferentes tiempos de replicación.
• ORC: complejo de reconocimiento de origen.

Formación de un cromosoma

A la vez que se replica el ADN, se ensambla formando un cromosoma.

• Histonas: se sintetizan en la fase S (x50). Se requieren la misma masa que de ADN sintetizado.
• Complejos remodeladores de cromatina: desestabilizan las interacciones entre ADN e histonas para pasar entre los nucleosomas.
• Factores ensambladores de cromatina: proteínas que se asocian a las horquillas de replicación y empaquetan el ADN.